Гамма и гамма-гамма каротаж

Рис.3

фактора и соответствующей корректировки  результатов ПГГК. Геометрическая глубинность R, увеличивается с уменьшением плотности ρ, и ростом длины зонда , I₃ в среднем составляет около 7—12 см. Таким образом, информация при ПГГК усредняется по достаточно большому объему горных пород

      Для исследования нефтяных и  газовых скважин, как правило, применяются двухзондовые измерительные установки, экранированные от скважины, с азимутальной коллимацией излучения источника и регистрируемого излучения (рис. 4, а—в). Для измерения плотности углей и углевмещающих пород в скважинах малого диаметра (d_c<130 мм) используется центрированная двухзондовая измерительная установка ПГГК без азимутальной коллимации излучения. Для качественного расчленения пород по плотности на месторождениях твердых полезных ископаемых используются однозондовые измерительные установки ПГГК без коллимации излучения, длина зонда которых выбирается в зависимости от объекта исследования (30—40 см для угольных и 20—30 см для рудных скважин). Совместная обработка показаний двух зондов ПГГК в процессе каротажа позволяет ослабить влияние промежуточной среды (глинистой корки, локальных каверн) на результаты измерения плотности горных пород. Параметры зондов (длина зонда, углы коллимации излучения, пороги

       

     а — прибор СГП2-АГАТ; б — модуль ПГГК аппаратуры МАРК-1;  в — ПГГК фирмы „Шлюмберже", г — КУРА-3, д — КУРА-2. 1 — источник гамма-квантов; 2 — детектор ближнего зонда; 3 — детектор дальнего зонда; 4 — прижимное устройство; 5 — центрирующее устройство.

         Рис.4. Конструкции измерительных установок ПГГК.

энергетической  дискриминации) выбираются из условия  разных глубинности и чувствительности зондов к изменению плотности пород и параметров промежуточной среды.

       Селективную модификацию гамма-гамма-метода (ГГМ-С) применяют только в необсаженных скважинах с использованием источников мягкого гамма-излучения: тулия-170 (¹⁷⁰Тm) - Еγ  = 84,2 кэВ, Т_1/2 = 129 дней; кадмия-109 (¹⁰⁹Cd) - Еγ = 22,6 кэВ, Т_1/2 =1,3 года и других, энергия которых не превышает 0,4 МэВ. Так как стальной корпус скважинного прибора, используемого в гамма-гамма методе, поглощает часть рассеянных породой гамма - квантов, дополнительно сам их рассеивает, а источник испускает более мягкие (по сравнению с плотностной модификацией) гамма - кванты, регистрируемый спектр смещается в область энергий, где превалирует фотоэффект. Сечение взаимодействия гамма - квантов с веществом при фотоэффекте пропорционально Z⁵, т.е. зависит от концентрации тяжелых элементов в породе. Так же, как и при ГГМ-П, регистрируемая при ГГМ-С интенсивность рассеянного гамма-излучения уменьшается с ростом содержания тяжелых элементов в породе или с ростом эффективного атомного номера Z среды. Размер зондов при ГГМ-С составляет 10-20 см, т.е. в 2 раза меньше, чем при ГГМ-П.

    Данные гамма-гамма метода характеризуются небольшим радиусом исследования, не более 12-15 см. Поэтому показания метода зависят от положения скважинного прибора относительно оси скважины, ее диаметра, плотности ПЖ, толщины глинистой корки, особенно при использовании утяжеленных баритом или гематитом буровых растворов, изменения диаметра скважины. Для уменьшения влияния указанных факторов на показания скважинный прибор прижимают к стенке скважин с помощью специальной рессоры, источник и детектор окружают экраном из тяжелого металла (W, Pb и др.), при этом гамма-излучение от источника направляют в скважину через коллимационные каналы, сделанные в экране. Влияние переменной толщины глинистой корки исключают путем использования двухзондового скважинного прибора. Для этого измерения проводят одновременно двумя зондами с размерами (расстояниями источник - детектор) 15 и 35 см. При гамма-гамма методе детекторы регистрируют не только рассеянное гамма-излучение, но и гамма-активность естественных радионуклидов (U, Th, К), являющуюся помехой. Для улучшения соотношения сигнал-помеха выбирают источник гамма-квантов активностью (2-4)-10⁹ Бк.

       Плотностной гамма-гамма-метод применяют для решения следующих задач:

    1.Выделение в разрезе скважины  горных пород с различной плотностью, например, хемогенных.

   2.Литологическое расчленение вскрытого  скважиной геологического разреза (в сочетании с другими методами ГИС, например, нейтронными, акустическими, ГТИ).

   3.Выделение полезных ископаемых. Решение этой задачи возможно  в том случае, если их плотность  выше (рудные месторождения) или ниже (угли, калийные и каменная соли) плотности вмещающих пород.

4. Определение коэффициента пористости горных пород
5. Изучение технического состояния скважин.
6. Моделирование синтетических сейсмических трасс. Данные рассеянного гамма-излучения также необходимы при расчете акустических жесткостей (произведения плотности породы на скорость распространения в ней упругих колебаний).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6.Контроль  качества цементирования 

методом ГГК.

        Методом  ГГК  осуществляется  изучение  равномерности  заполнения затрубного пространства цементным камнем и определение его плотности. При этом  используется  различие  в плотности разных  составляющих  сред,  заполняющих ствол скважины (обсадная колонна, цемент, жидкость, газ, элементы технического оборудования). Плотность стальной колонны составляет 7,8 г/см3,промывочной жидкости  1,0-1,3  г/см3, портланд-цемента 1,8-1,91  г/см3,  облегченного цемента (смесь портланд-цемента и бентонитовой глины) 1,4-1,6 г/см3.

     Данный метод  выделяет интервалы,  где цементный камень отсутствует  или  не  полностью  заполняет   затрубное  пространство,  позволяет определить эксцентриситет колонны. Метод рассеянного гамма-гамма излучения является индикатором любого вещества в затрубном пространстве, т.е. нечувствителен к тому, в какой фазе (жидкой или твердой) находится цемент. Так как показания метода ГГК отражают плотностную характеристику довольно большого объема среды, находящейся за колонной, по диаграммам не могут быть отмечены трещины и каналы малых размеров. ГГК имеет ограничения при контроле качества цементирования  многоколонной системы обсадки.  Наличие второй  колонны экранирует показания так, что нельзя оценивать наличие цемента за первой колонной.  Для надежного определения качества  цементирования  необходимо чтобы различие плотностей цемента и промывочной жидкости было не менее 0,3 г/см3, разница диаметров скважины и обсадной колонны не менее 30 мм.   

      При  изучении  технического  состояния  скважин  требуется   определить: высоту подъема цемента;  равномерность заполнения затрубного пространства цементом и его плотность; эксцентриситет колонны; толщину колонны; места установки центрирующих фонарей на обсадной колонне. Для оценки качества цементирования методом ГГК в основном применяются приборы СГДТ (скважинный гамма дефектомер толщиномер) различных модификаций. Принцип работы скважинного прибора заключается в регистрации  зондами различной длины рассеянного  γ-излучения от одного  точечного источника  радиоактивного  цезия  (¹³⁷Cs).            

       Зонд большой длины (40-50 см) –  плотномер (дефектомер) содержит три, шесть или восемь детекторов γ-излучения, расположенных равномерно по периметру прибора симметрично относительно его оси. Детекторы взаимно экранированы, каждый из них дает информацию, фиксируемую в виде отдельной селективной кривой. Регистрируемая с помощью зонда большой длины интенсивность рассеянного γ-излучения, определяется, в основном, объемной плотностью вещества в затрубном пространстве. 

      Зонд малой длины (11-21 см) – толщиномер содержит один детектор. Интенсивность рассеянного γ-излучения, регистрируемого этим зондом, определяется  средней  по  периметру  толщиной  стенки  обсадной  колонны. Изменение толщины колонны на 1 мм приводит к уменьшению показаний примерно на 30%, что позволяет определять изменение толщины стенки колонны, местоположения муфт, центрирующих фонарей и специальных пакеров.

      При измерениях в общем случае  регистрируются следующие диаграммы:  ГК; толщинограмма; две (шесть, восемь) селективных цементограмм, смещенных на 180° (60°, 30°) по периметру скважины, несущих информацию об относительных изменениях  плотности вещества  в затрубном  пространстве; интегральная цементограмма, несущая информацию о средней плотности вещества в затрубном пространстве. 

      Характер селективных цементограмм определяется: 

– равномерностью заполнения затрубного пространства, что в основном за-

висит  от положения  обсадной  колонны  относительно оси  скважины  (эксцентриситета); 

– однородностью  заполнения затрубного пространства.

Если  колонна центрирована, а вещество в затрубном пространстве одно-

родно по плотности,  то показания  всех  каналов  дефектомера при различных азимутах практически одинаковы, т.е. расхождение селективных кривых невелико и определяется статическими флуктуациями и погрешностью измерений (рис.2.19, интервалы 907-917, 1395-1405, 2692-2702 м), при этом регистрируемая интенсивность в основном зависит от плотности вещества в затрубном пространстве. Высокая плотность вещества в затрубном пространстве характеризуется низкой регистрируемой интенсивностью, при уменьшении плотности интенсивность увеличивается,  и промывочной жидкости  соответствуют максимальные показания (рис.2.19). 

      Если  колонна  не  центрирована  относительно  оси  скважины  толщина цементного камня становится  не одинаковой по периметру  скважины, поэтому на  показания   детекторов  расположенных  напротив  участка  с  уменьшенной  толщиной  цементного  камня   большое  влияние  оказывают   горные  породы, плотность которых  больше плотности цемента. На  таких участках наблюдается расхождение   селективных  кривых  (рис.2.19  интервалы  895-905,  1410-1420, 2702-2708 м), при  этом разница между максимальной  Jmax и минимальной Jmin интенсивностью  в исследуемом интервале зависит от  эксцентриситета колонны, плотности вещества в затрубном пространстве и горных пород. Максимальное  расхождение кривых  будет в интервалах,  где колонна лежит на стенке скважины (эксцентриситет равен 1), а затрубное пространство заполнено промывочной жидкостью (рис.2.19, инт.  895-905 м). В интервалах  с высокой плотностью цемента расхождение кривых небольшое, при этом максимальные показания Jmax не значительно превышают уровень замеряемой интенсивности, соответствующий  интервалу,  в  котором  колонна  центрирована  неоднородного  заполнения  затрубного  пространства. Когда  в цементном камне присутствуют трещины, вертикальные каналы  заполненные веществом низкой плотности (объемные дефекты цементирования) также будет наблюдаться расхождение селективных кривых, при этом

максимальные  показания значительно превышают  уровень J_пц, а минимальные могут быть незначительно ниже этого уровня (рис.2.19, инт. 2030-2045).

      Для  количественной  интерпретации   результатов  гамма-гамма цементометрии необходимо располагать данными о диаметре скважины, толщине обсадной колонны, плотности закачиваемого цемента, плотности горных пород, слагающих разрез скважины, а также данные по калибровке прибора, которым проводились исследования.  Калибровку  приборов  проводят  посредством  измерений  в  модельных средах с известными значениями плотности. Обычно используются три цилиндрические модели с различной плотностью вещества. Одна из них залита водой плотностью 1,0 г/см3, две других заполнены стеклянными шариками SiO2 различного диаметра (плотностью 1,45 г/см3 и 1,8-2,0 г/см3).      

                            
 
 
 
 

                                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                         

                                                     Заключение

      Важным преимуществом радиоактивных  методов (в отличие от электрических) является то, что практически все они могут проводиться в обсаженных скважинах. Это связано с тем, что используемые в нефтегазовой геофизике радиоактивные методы ГИС основаны на регистрации нейтронного и гамма излучения, а как известно, электроны и гамма-кванты являются электрически нейтральными частицами и поэтому обладают высокой проникающей способностью. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Практическая  часть.

Определение качества цементирования обсадных колон методом гамма-гамма цементометрии.

Цель  и задачи:

       Провести качественную интерпретацию  данных гамма-гамма цементометрии.

Описание  работы:

      В результате проведения работы  будут рассмотрены диаграммы  двух скважин. Для начала изучаем  конструкции  скважин, количества  и вида компонентов материала,  типы приборов, виды цементирования  расположения центрирующих фонарей,  пакеров и другого оборудования. Так же из данных диаграмм определятся плотность используемого цемента и промывочной жидкости. В дальнейшем находим эталонный интервал, в котором заполненное пространство зацементировано портланд-цементом, а колонна центрирована. Для этого интервала характерно минимальные показания ГГЦ, расхождение между цементограммами минимальное. Так же выделяем интервалы в которых за колонное пространство заполнено гель-цементом и промывочной жидкостью. Эти интервалы характеризуются расхождением цементограммам и высокими показаниями ГГЦ. Проводим описание интервалов изменения толщины колонны. Нам известно что изменение толщины колонны на 1 мм приводит к уменьшению показаний примерно на 30%, что так же позволяет определять местоположения муфт, центрирующих фонарей и специальных пакеров. Далее выявляем  особенности цементирования колонны, т.е. выделяем различные интервалы не качественного цементирования. Эти интервалы легко выделяются по сильному отклонению цементограммам. Для качественной интерпретации данных необходимо учитывать расположение колонны, ее диаметра и диаметра скважины. Очень важно чтобы различия в диаметре были не менее 30 мм. Так же для  надежного  определения  качества  цементирования  необходимо чтобы различие плотностей цемента и промывочной жидкости было не менее 0,3 г/см3. Таким образом учитывая все особенности скважины проводим интерпретацию.