Спектральный гамма-метод

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Спектральный гамма-метод»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение

1. Применения ГМ-С.

2. Интерпретация данных ГМ-С  в комплексе ГИС.

3.Информативность  гамма-спектрометрии в комплексе  ГИС.

4.Определение типов  глинистых минералов и минералогической глинистости

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

105 лет назад Антуан  Анри Беккерель (1852–1908) сделал  открытие, которое В.И.Вернадский  назвал “открытием не только  физическим, но и геологическим”.

Возможность практического  использования измерений естественной радиоактивности для изучения разрезов нефтегазовых скважин была убедительно показана в 1933г. (А.П.Кириков, Г.В.Горшков, Л.М.Курбатов, В.А.Шпак и др.). В 1937г. скважинный прибор со счетчиком Гейгера-Мюллера выдержал промышленные испытания в обсаженных работающих скважинах на нефтепромыслах Сызрани. Впервые была продемонстрирована возможность ядерно-физических исследований горных пород и выявления нефте- и водоносных горизонтов в скважинах, законченных бурением и уже эксплуатирующихся. Принципиальное значение имел и сам факт регистрации естественного гамма-излучения пород через стальные обсадные трубы.

Развитие метода естественной радиоактивности в конце сороковых  — начале пятидесятых годов шло  в направлениях создания теории, методики интерпретации, разработки аппаратуры с непрерывной регистрацией. Большой вклад в развитие теории и методики гамма-метода внесли Алексеев Ф.А., Арм Е.М., Блюменцев А.М., Большаков Г.В., Брагин А.А., Булмасов В.А., Бухало О.П., Головацкая И.В., Горшков Г.В., Готтих Р.П., Граммаков А.Г., Грумбков А.П., Гулин Ю.А., Гусаров Д.В., Дахнов В.Н., Золотов А.В., Иванов В.М., Козында Ю.О., Курбатов Л.М., Курочкин П.А., Лазуткина Н.Е., Ларионов В.В., Любавин Ю.П., Мамяшев В.Г., Матчинова Г.П., Мецгер Б.Э., Мухин С.С., Нестеренко Н.Г., Нефедова Н.И., Новиков Г.Ф., Овчинников А.К., Пятахин В.И., Сериков Ю.И., Синицын А.Я., Сребродольский Д.М., Суппе С.А., Федорив Р.Ф., Хабаров В.В., Хайкович И.М., Хуснуллин М.Х, Шашкин В.Л., Шварцман М.Д., Шпак В.А., и другие.

Известны работы зарубежных ученых: – С.Д.Пирсона, Дж.Вола, У.Фертла, П.Киллина, Дж.Херрона, К.Бристоу, Г.Ловберга, Дж.Херста, Я.А.Чубека, и других.

Начало работ по применению ГМ-С в нашей стране относится  к середине 50-х годов. В 1956—57 гг. на нефтепромыслах Татарии был опробован первый скважинный многоканальный спектрометр типа ЛС–2, разработанный под руководством Д.Ф.Беспалова.

В 1959—63г.г. были разработаны  и широко опробованы на нефтяных и  рудных месторождениях пятидесятиканальные  гамма-спектрометры типа СГС-1 и ГКС-1. Они были созданы институтами ВНИИЯГГ и ВИРГ совместно с предприятиями Министерства среднего машиностроения СССР. В НИИ и тематических партиях были начаты работы по исследованиям возможностей применения ГМ-С при поисках и разведке полезных ископаемых.

Интенсивное опробование  метода происходило в 1963-80 г.г. с применением  серийных спектрометров типа СГС-Л  разработки ФМИ АН УССР и КОЭЗГП. В этот же период проводились исследования в МИНГ им.И.М.Губки-на, ВНИГИК, ВНИИГеоинформсистем, ВИРГ и других организациях по созданию геолого-геохимических основ ГМ-С.

Изучение естественной радиоактивности горных пород —  одно из традиционных научных направлений  на кафедре ГИС ГАНГ им. И.М.Губкина. Начало этим исследованиям было положено работами В.Н.Дахнова и В.В.Ларионова, которые стали классическими.

С этим направлением связаны  темы многих диссертаций, выполненных  на кафедре (М.Г.Гуфранов, С.В.Дворак, З.Н.Жемжурова, В.А.Костерина, П.А.Курочкин, Н.Е.Лазуткина, В.М.Мамяшев, А.М.Морозов, Н.И.Нефедова, Рамадан Альжеди, Ю.И.Сериков, Т.Ф.Соколова, И.Ф.Хатмуллин, М.Д.Шварцман и др.). Важные результаты, полученные этими и другими исследователями, по достоинству можно оценить только теперь, располагая надежной измерительной аппаратурой, необходимыми средствами метрологического обеспечения и цифровой обработки результатов.

Впервые В.В.Ларионовым, а позднее П.А.Курочкиным были выполнены  обширные эксперименты на моделях пластов  по изучению влияния изменений диаметра необсаженной скважины в различных  участках спектра и, в рамках методики приведения показаний к стандартным условиям, выявлена немонотонная зависимость поправочного фактора от энергии регистрируемого гамма-излучения.

80-ые годы отмечены  созданием скважинных гамма-спектрометров,  обладавших высокими метрологическими  и технико-эксплуатационными характеристиками (ВНИГИК, ВНИИгеоинформсистем, НИГИ, ОКБ ГП, ВИРГ). Со спектрометрами повышенной термобаростойкости были выполнены уникальные исследования в Кольской сверхглубокой скважине на глубинах до 12 км (ВНИИЯГГ, ВНИИгеоинформсистем).

Впервые была создана  государственная система метрологического обеспечения измерений содержаний урана, тория, калия в скважинах  по данным ГМ-С: государственные стандартные  образцы содержаний ЕРЭ - ГСО-ЕРЭ (ВНИИгеоинформсистем, ВИРГ).

В начале 70-х годов стало заметным противоречие между прогрессом в развитии вычислительной техники и разработке радиометрической аппаратуры, с одной стороны, и несовершенством интерпретационно-метрологического обеспечения методов радиометрии — с другой.

В 1974—1986 г.г. была разработана новая методика выполнения измерений в скважинах гамма-методами, включая ГМ-С, интегральную модификацию метода естественной радиоактивности (ГМ), ГГМ-П и методы нейтронной гамма-спектрометрии. Эта методика отличается от общепринятых более детальными процедурами калибровочных измерений, позволяющими определять специальные (метрологические) характеристики аппаратуры, учитывающие радиальную неоднородность системы скважина-пласт. На основе этой методики были разработаны оригинальные интерпретационные модели и алгоритмы интерпретации.

В частности, на основе этой методики был создан первый алгоритм прямой беспоправочной интерпретации  данных ГМ-С, универсально применимый для скважин любой конструкции  и гамма-спектрометров любого типа, и не требующий петрофизической настройки по данным анализов керна. Программные реализации этого алгоритма были использованы при интерпретации результатов измерений всеми типами отечественных спектрометров. Были обработаны данные ГМ-С по всем типам отложений: терригенным, карбонатным и вулканогенно-осадочным. При этом решались различные геологические задачи на основе интегрированной интерпретации данных ГМ-С в комплексе ГИС.

Опыт промышленного  применения скважинной гамма-спектрометрии  показал высокую информативность  метода при решении разнообразных геологических задач. Как показывает накопленный опыт, применение ГМ-С существенно повышает эффективность комплекса ГИС в наиболее сложных условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Применения  ГМ-С

Включение гамма-спектрометрии  в комплексе ГИС обеспечивает существенное повышение геологической эффективности при разведке и разработке месторождений нефти и газа в наиболее сложных условиях. Приведем сводку важнейших применений.

Геологические задачи (табл.1 и 2):

• Выделение коллекторов и количественное определение их фильтрационно-емкостных свойств; оценка извлекаемых запасов нефти и газа;
• Литологическое расчленение разрезов, выявление геохимических и геологических закономерностей, присущих изучаемому разрезу;
• Литологическая и геохронная (стратиграфическая) корреляция разрезов;
• Составление проектов разработки месторождений и их мониторинг;
• Оценка компонентного состава пород, включая содержания битумов, угля, твердой органики;
• Оценка содержаний отдельных глинистых минералов или их ассоциаций (включая содержания разбухающей фазы) и прогноз их влияния на коллекторские свойства отложений;
• Определение содержания пелитовой фракции в терригенных отложениях;
• Разделение аномалий гамма-активности, обусловленных глинистостью, полевошпатовостью или повышенным содержанием урана (радия);
• Выделение доломитизированных разностей среди известняков; выделение зон трещинноватости, унаследованных зонами вторичной доломитизации, выяснение природы повышенной радиоактивности доломитов;
• Выявление обводняющихся пластов в обсаженных скважинах по радиогеохимическим аномалиям и оценка их фильтрационной неоднородности;
• Уточнение привязки керна по глубине по данным скважинной и лабораторной cпектрометрии;
• Выявление измененных прискважинных зон и оценка их параметров;

Геотехнологические и геоэкологические задачи:

• Определение технического состояния разведочных, эксплуатационных, нагнетательных скважин;
• Выявление путей подземной миграции грунтовых и сточных вод;
• Мониторинг степени загрязнения подземных вод;
• Выявление и прогноз возможных мест прорыва захороненных стоков и минерализованных вод в пресные водоносные горизонты;
• Поиск пластов-экранов для захоронения токсичных промышленных отходов;
• Оконтуривание и ревизия блоков пород, пригодных для создания подземных резервуаров;
• Контроль радиоактивного загрязнения обсадных колонн, бурового и эксплуатационного оборудования;

Применения спектрометрии  естественного гамма-излучения

в скважинах (по У.Фертлу).

Таблица 1

Объекты	Решаемые задачи	Области применения
Песчаники	Выделение глинистых  и чистых разностей; определение радиоактивных минералов; выделение собственно глинистых минералов на фоне полевых шпатов, слюд и акцессорных радиоактивных минералов; оценка емкости катионного обмена. Определение характера распределения глинистого вещества в породе, минерального состава глин; оценка интенсивности процессов вторичных преобразований пород. Оценка трещинноватости (открытых и закрытых трещин). Определение содержаний пирита и других сульфидов, а также кислого газа. Выделение истощенных пропластков в слоистом разрезе.	Определение коллекторских  свойств терригенных пород; уточнение  ФЕС отложений на материке и континентальном  шельфе. Определение минерального состава  глин, слагающих покрышки нефтяных и газовых залежей, определение  содержаний разбухающих глинистых минералов для оптимизации процесса бурения и повышения нефтеотдачи.
Карбонаты	Выделение глинистых  и чистых разностей. Выявление открытых и закрытых трещин (известняки, мел, доломиты), наличие стилолитов; выделение  проницаемых интервалов в радиоактивных  доломитах; выделение истощенных пропластков в слоистом разрезе.	Корреляции литологических изменений; выбор интервалов опробования  в многопластовых карбонатных залежах; выделение проницаемых зон в  карбонатных толщах. Оценка степени  окремнения и доломитизации известняков.
Глины	Определение типа и диагенеза глинистых минералов, емкости катионного обмена; оценка содержания органогенного углерода.	Региональные и площадные  корреляции; стратиграфические исследования; детальное литологическое расчленение.
Аргиллиты	Определение литологического  состава (аргиллиты, кремнистые сланцы, алевролиты, карбонаты)	Поиск реперов. Уточнение  минерального состава твердой фазы породы.
Вулканогены	Определение литологии; выделение вулканогенно-осадочных  отложений, вторично измененных геотермальными водами; выявление открытых трещин.	Оценка запасов минералов  и углеводородов; корреляции; выбор  перспективных для заканчивания интервалов разреза.
Независимо от типа пород	Выявление мест осаждения радиоактивных солей  на обсадных колоннах и в перфорированных каналах; определение нефтегазоносных интервалов в частично истощенных слоистых пластах, установление мест затрубной циркуляции, помощь при цементировании (при закачке цемента с радиоактивными добавками) скважины и ее освоении.	Контроль обводненности пластов по радиогеохимическому эффекту.
Эвапориты	Определение литологии, сортности руды, разделение глин и  эвапоритов.	Корреляция калийсодержащих  ми-нералов; выявление пластов для  сброса сточных вод; расчет объема пустот; решение вопросов разработки месторождений.
Угли	Определение литологии, оценка зольности углей, состава  золы, теплотворной способности углей	Детальные стратиграфические  корреляции; оценка технологических  характеристик углей.
Уран	Определение литологии; оценка сортности руды.	Поиск и выделение рудных зон; контроль разработки методом подземного выщелачивания.
Черные  и цветные металлы, нерудные ископаемые	Определение литологического  состава. Поиск и выделение рудных зон.	Оценка технологического качества руд. Определение подсчетных параметров по основным и сопутствующим элементам.

 

 

 

 

 

Диагностическая значимость отношений массовых содержаний

естественных радионуклидов (по У.Фертлу). 

Таблица 2

Отношения	Диагностическая значимость
	В осадочных  породах отношение Th/U изменяется в зависимости от условий осадкообразования:
	u Th/U > 7 — континентальные условия, окислительная cреда, выветренные почвы;
	u Th/U < 7 — морские осадки, серые и зеленые глинистые сланцы, граувакки;
	u Th/U < 2 — морские черные глинистые сланцы, фосфаты.
Th/U	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
	Оценка содержания твердого органического вещества в  глинистых породах
	Стратиграфические корреляции
U/K	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-спектрометрии в процессе бурения и после вскрытия пластов; в образцах пород (кернах)
	Выделение типов  горных пород в различных фациях
	Восстановление  палеогеографических и палеоклиматических условий образования фаций
Th/K	Определение условий осадконакопления, удаленности от древней береговой линии
	Выявление диагенетических  изменений глинистых минералов
	Определение типов  глин: величина отношения Th/K растет в  ряду глауконит – мусковит –  гидрослюда – смешанослойные глинистые  минералы – каолинит – хлорит – боксит

 

2. Интерпретация  данных ГМ-С в комплексе ГИС  (адаптивный компонентный анализ)

Ни одна геологическая  задача (литологическое расчленение  разреза; оценка фильтрационно-емкостных  свойств пород, параметров измененных прискважинных зон; выявление продуктивных коллекторов и оценка извлекаемых запасов; определение газожидкостных водо-нефтяных контактов; оценка насыщения; выделение заводненных интервалов; корреляция разрезов; проектирование разработки месторождений и др.) не может быть решена каким-то одним из методов ГИС в отдельности.

Адаптивный  компонентный анализ решает проблему интерпретации данных комплекса  ГИС как проблему создания интерпретирующей системы с геологическим интеллектом.

Процедура интерпретации  данных ГИС включает: 

• определение интерпретационных параметров отдельных методов ГИС (“индивидуальная” интерпретация); 
• классификацию пластов и определение их минерально-компонентного состава (комплексная интерпретация); 
• определение динамической пористости коллекторов.

Точность количественных результатов работы системы комплексной интерпретации данных ГИС обеспечивается: 

• настройкой алгоритмов интерпретации данных методов радиометрии на индивидуальные метрологические характеристики аппаратуры;
• использованием аналитического аппарата для учета свойств промежуточных зон в системе скважина-пласт вместо экспериментальных (или “теоретико-экспериментальных”) палеток; 
• использованием точных петрофизических моделей методов вместо эмпирических связей;
• адаптивной технологией комплексной интерпретации; 
• использованием универсального количественного критерия (величины динамической пористости) для выделения коллекторов.

Потенциальная геологическая информативность  ГМ-С в нефтегазовой геофизике  оценивалась, главным образом, на основе обширной геохимической информации о закономерностях распределения естественно-радиоактивных элементов (ЕРЭ) в горных породах. Однако использовать эту информацию в большинстве случаев чрезвычайно сложно, так как уровень естественной гамма-активности отложений определяется рядом факторов: содержанием и минералогическим составом глинистого материала и акцессориев; концентрацией радионуклидов в породообразующих минералах; доломитизацией карбонатов радийсодержащими сульфатными рассолами; присутствием ураносодержащей органики и др. Их количественные характеристики и степень влияния на коллекторские свойства пород определяются изменяющимися по разрезу условиями залегания пород.

Новый подход к  интерпретации данных комплекса  ГИС, включающего гамма-спектро-метрию, основан на использовании адаптивной технологии настройки системы петрофизических уравнений с учетом качественной седиментологической и петрофизической информации. Адаптивная настройка учитывает изменение геохимической обстановки и условий осадконакопления по разрезу посредством смены компонентной модели. При этом могут изменяться как компонентная модель, так и петрофизические характеристики одной и той же компоненты.

Технология  адаптивного компонентного анализа  не имеет “ручных” аналогов и отличается от известных методик комплексной интерпретации тремя принципиальными особенностями.

Во-первых, процедура  интерпретации не требует введения гипотетических зависимостей (между  радиоактивностью и глинистостью, пористостью  и водородосодержанием и др.).

Во-вторых, содержания всех компонент определяются одновременно без последовательного введения многочисленных поправок.

В-третьих, различные  петрофизические связи (например, между  пористостью и глинистостью, общей  глинистостью и парциальными вкладами различных глинистых минералов, и др.) выявляются в результате петрофизической интерпретации.

Компонентный  анализ по данным комплекса методов  радиометрии, включающего ГМ-С, позволяет  надежно решать следующие задачи:

— количественное определение пористости, глинистости, углистости, содержания полевых шпатов и др.;

          — литологическое расчленение разрезов;

— определение типов и содержаний основных глинистых минералов;

— выявление геохимических и геологических закономерностей, присущих изучаемому разрезу.

3.Информативность  гамма-спектрометрии в комплексе ГИС.

Включение в  комплекс ГИС гамма-спектрометрии  позволяет разрубать самые сложные  узлы по принципу “чем хуже для стандартного комплекса, — тем лучше для гамма-спектрометрии”. В качестве примеров можно указать:

• определение природы радиоактивности горных пород;
• выявление сингенетичности обогащения осадков различными радионуклидами;
• определение фракционного состава терригенных отложений;
• выделение проницаемых доломитизированных разностей в карбонатном разрезе;
• выявление непроницаемых барьеров и выклинивания коллекторов;
• разделение коллекторов и флюидоупоров;
• выделение зон, обогащенных твердым органическим веществом;
• существенное повышение точности результатов комплексной интерпретации данных ГИС.

4.Определение  типов глинистых минералов и минералогической глинистости

Высокая петрофизическая  информативность ГМ-С обусловлена  определяющим влиянием глинистых минералов  на ФЕС пород и их особой ролью  в формировании залежей углеводородов.

Именно глинистостью контролируются процессы фильтрации пластовых флюидов, вытеснение нефти в процессе эксплуатации, эффективность поступления вод из нагнетательных скважин в коллектор при искусственном заводнении; возникновение и развитие пористости в терригенных и карбонатных коллекторах.

Определение типов и  содержаний глинистых минералов по данным только ГМ-С возможно лишь в редких случаях мономинерального состава глинистого материала. При наличии К-полевых шпатов, ториевых акцессориев, органического вещества и смеси глинистых минералов, данных ГМ-С для решения этой задачи недостаточно.

Однако глинистые минералы различаются не только по содержаниям  ЕРЭ, но и по многим другим петрофизическим  характеристикам. Поэтому задача их идентификации надежно решается по данным ГМ-С в комплексе ГИС. При этом выявляются связи между содержаниями отдельных минералов и определяются их парциальные вклады в общую минералогическую глинистость (рис.1).

Зависимость суммарного содержания ЕРЭ (в единицах уранового  эквивалента eU) от содержания калия: 1 –  для пермских отложений (уфимский ярус) битумных месторождений Татарстана;

 

Рис.1.

В коллекторах с преобладанием  монтмориллонита и других разбухающих  глинистых минералов содержится и добывается больше нефти, чем в  коллекторах с преобладанием  неразбухающих минералов. Чем ниже гидрофильность, тем выше коэффициент нефтенасыщенности. От смачиваемости пород зависит вытеснение нефти водой, распределение остаточной нефтенасыщенности в коллекторах и эффективность воздействия на них с целью снижение остаточных запасов (повышения нефтеотдачи). При вскрытии пластов на пресных растворах разбухание глин может полностью "запечатать" продуктивные коллекторы. Поэтому информация о разбухающей фазе необходима для составления проектов разработки.

 

 

 

 

 

 

Заключение

Сложность и  многообразие актуальных геологических задач определяют принципиальную комплексность применения методов ГИС и интерпретации получаемых результатов.

Интерпретационно–алгоритмическое  обеспечение методов ГИС развивается  по двум основным направлениям – развитию методов индивидуальной и комплексной интерпретации, реализуемых в виде программно-методических комплексов. Все более проявляется стремление к реализации таких интерпретационных процедур, которые максимально используют возможности вычислительной техники и в принципе нереализуемы в режиме “ручной” (палеточной) интерпретации.

Одновременно  произошла переоценка роли отдельных  методов в комплексе ГИС и  их геологической информативности.

К своему столетию методы ядерной геофизики сформировались как информационное ядро современного комплекса ГИС. Интерпретационно-алгоритмическое и метрологическое обеспечение ядерных методов обусловливает их высокую информативность в комплексе ГИС.

Наивысшим информационным потенциалом обладает метод гамма-спектрометрии. Включение в комплекс ГИС гамма-спектрометрии  разрубает самые сложные узлы по принципу “чем хуже для стандартного комплекса, — тем лучше для гамма-спектрометрии”.

Введение ГМ-С  в комплекс ГИС позволяет:

— выявлять нетрадиционные — сложные — коллекторы и определять их емкостные свойства;

— классифицировать коллекторы по структуре емкостного пространства (при использовании динамического воздействия на пласт),

— оценивать проницаемость и динамическую пористость;

— выявлять зоны искусственной трещинноватости и внутренней глинизации;

— оценивать минералогическую и гранулометрическую глинистости, содержания отдельных минералов, влияющих на коллекторские свойства отложений в процессе формирования залежей и при их разработке.

Новое интерпретационно-алгоритмическое  и метрологическое обеспечение  гамма-спектрометрии нефтегазовых скважин обусловливает ее высокую информативность при стратиграфическом и литологическом расчленении и корреляции отложений, пространственном моделировании отдельных пластов и месторождений в целом, литофациальном картировании, литолого-генетическом, седиментологическом и георитмологическом анализах, при прогнозе промышленной продуктивности коллекторов, контроле разработки месторождений и технического состояния скважин.

На новом  уровне метрологического обеспечения  малая глубинность ГМ-С становится достоинством, позволяющим привлекать данные ГМ-С для контроля и учета свойств прискважинной зоны. Последнее обстоятельство имеет особо важное значение при работах в условиях горизонтальных скважин.

 

 

 

 

Список литературы:

1. Блюменцев  А.М., Калистратов Г.А., Лобанков В.М., Цирульников В.П. «Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин»,М., Недра, 1991 год, 266с.

2. Кадисов Е.М., Калмыков Г.А., Кашина Н.Л. и др. «Применение спектрометрического гамма-каротажа для решения задач нефтепромысловой геофизики на примере девонских отложений Ромашкинского месторождения Татарстана», Геология нефти и газа. №7, 1994 год, с.45 - 47.

3. Кожевников Д.А. «Гамма-метод изучения естественной радиоактивности горных пород в нефтегазовых скважинах (интерпретационно-метрологическое обеспечение)», М.; МИНГ, 1989 год,  62 с.

4. http://www.petrogloss.narod.ru/MAINPRO2.htm