Содержание

 Введение 

  Промыслово-геофизические методы - основные виды контроля за разработкой залежи. Они включают все исследования, выполняемые в скважинах с использованием каротажного кабеля и регистрирующей аппаратуры каро­тажной станции с целью изучения физических свойств пласта, определения состояния цементного кольца, обсадкой колонны и лифтовых труб, опреде­ления состава и скорости движения смеси в стволе, лифтовых трубах и меж­трубном пространстве.

Геофизические методы исследования скважин с целью изучения вскрытого скважиной геологического разреза и выявления в нем полезных ископаемых называют каротажем.

   Каротаж заключается в измерении вдоль ствола скважины при помощи специальной установки (каротажного зонда или наземных датчиков) какой-либо величины, характеризующей физические, химические или другие свойства горных пород, вскрытых скважиной. Поэтому поданным каротажа можно судить о том, из каких пород состоит геологический разрез скважины и каковы их особенности. В зависимости от изучаемых физических или химических свойств пород различают электрический, радиоактивный магнитный, акустический, газовый и другие виды каротажа. Общим для всех разновидностей каротажа является объект исследования – разрез скважины и, следовательно, сравнительно небольшая глубина (от сантиметров до единиц метров).

  Данные каротажа оказывают существенную помощь при оценке характера пройденных скважиной пород и последовательности их залегания и позволяют обнаруживать полезные ископаемые (нефть, газ, уголь, руды, воду, минеральное сырье).

  Наиболее информативные результаты дает каротаж нефтяных и газовых скважин. Обычно по данным каротажа удается выделить пласты, которые могут содержать нефть и газ (продуктивные коллекторы) и наметить перспективные для опробования и эксплуатации объекты, а в ряде случаев определить величины, необходимые для подсчета запасов нефти и газа разведываемого месторождения.

Радиоактивный каротаж 

В скважинах, обсаженных стальными обсадными колоннами, электрический каротаж не работает. Этому мешает экранирующий эффект металлических обсадных колонн.

В обсаженных скважинах исследовать нефтяные пласты можно только с помощью геофизических методов, для которых металлическая обсадная колонна не является преградой, не пропускающей через себя сигналы, несущие информацию об объекте, находящийся за колонной. К ним относятся разновидности радиоактивного каротажа и акустического каротажа.

Радиоактивные методы каротажа (ядерные исследования) осно­ваны на том, что все горные породы содержат радиоактивные вещества в тех или иных количествах. Если в скважинах производить опреде­ления естественной или искусственно вызванной радиоактивности, то на основании полученных данных можно охарактеризовать литологический состав и физические свойства пла­стов, составляющих разрез скважины.

Широко применяется радиоактивный каротаж (РК) трех видов:

а)  гамма-каротаж (ГК) – основан на измерении по стволу скважины гамма излучения, вызванного естественной радиоактивностью горных пород;

б) гамма-гамма каротаж (ГГК) – исследует особенности прохождения через породы гамма-излучения от специального источника гамма-квантов, опускаемого в скважину вместе с прибором;

в) нейтронный каротаж (НК) базируется на исследовании поля медленных нейтронов и гамма-квантов, создаваемого источником быстрых нейтронов, находящимся в приборе.

Каждый вид перечисленного РК включает ряд модификаций. Существенными особенностями РК являются: относительно малая глубинность исследований (90 % излучения поступает в детектор от слоя пород толщиной 10-30 см); возможность исследования скважин, крепленных обсадной колонной, практически не препятствующей прохождению нейтронов и гамма-излучению; зависимость результатов в первую очередь от элементного состава пород, малая роль их структурных особенностей – размера, извилистости и сообщаемости поровых каналов, распределения отдельных элементов в исследуемой части пласта.

                                        Естественная радиоактивность горных пород 

Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучение закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород.

Радиоактивные элементы чрезвычайно рассеяны в природе и содержатся в малых количествах (порядка 10^-6 урана, 10^-13 радия, 10^-5 тория) во всех веществах, в частности в горных породах. Из естественных радиоактивных элементов наиболее распространены уран 238U и торий 232Th, а  также радиоактивный изотоп калия 40К. Уран и торий с продуктами распада образуют ряды из нескольких (порядка 10) радиоактивных элементов. Эти элементы последовательно распадаются, а последний из продуктов распада превращаются в  свинец.

Каждый элемент ряда при распаде наряду с заряженными a- и b- частицами излучает гамма-кванты (g-кванты) с присущей ему энергией (или с несколькими значениями Е). Поэтому спектр излучения всего ряда содержит много линий, отвечающих разным энергиям. Так, элементы ряда урана излучают гамма-кванты с энергией от 0,05 до 2,45 МэВ, а ряда тория – 0,1 до 2,62 МэВ спектр радиоактивного калия 40К имеет одну линию 1,46 МэВ.

Радиоактивность основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах, поэтому все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят основные составляющие осадочных горных пород минералы: кварц, доломит,  ангидрит, гипс, кальцит, сидерит, каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена отдельными минеральными разностями типа: лимонит, магнетит, турмалин,  корунд, барит, олигоклаз, роговая обманка и др.

К третьей группе минералов относятся: глины, слюды, полевые шпаты,  калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

В гамма – методе исследования скважин о величине естественной радиоактивности горных пород судят по интенсивности их естественного g-излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.

Гамма – каротаж 

Измерение интенсивности естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма – каротажем (ГК).  Для этой цели в скважину спускают прибор (рис. 1.), содержащий разрядный счетчик гамма - квантов 1. Счетчик 1 питается от сухой батареи или генера­тора постоянного тока высокого напряжения 2. В усилителе 3 электрические импульсы, созданные в счетчике при прохождении через него гамма-квантов, усиливаются, передаются на поверхность по каротажному кабелю и регистрируются на поверх­ности измерительным устройством 6.

Рис. 1. Принципиальная схема измерений гамма-метода: 1 - разрядный счетчик; 2 - генера­тор высокого напряжения; 3 - усили­тель; 4 -блок питания всей уста­новки; 5 - измерительный блок на поверхности;                6 – измерительное устройство.

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность g-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма – каротажной кривой (рис. 2.). 

Величина радиоактивности зависит от типа горной породы. Наибольшую природную радиоактивность име­ют сланцевые породы, они обнаруживаются по откло­нениям вправо на диаграмме. Для вулканических пород радиоактивность выше, чем в случае осадочных пород, поэтому они легко различаются по диаграммам гамма - каротажа. Значительно меньшей радиоактивностью обладают пески, песчаники,  доломиты  и  известняки

Гамма – излучение включает также и так называемое фоновое излучение (фон). Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

Рис. 2. Каротажная диаграмма

Аппаратура   радиоактивного  каротажа 

Аппаратура радиоактивного каротажа состоит из скважинного прибора и наземной панели с источником питания и предназначена для проведения ГК, НГК,  ННК, ГГК и ИННКс помощью серийных автоматических каротажных станций.

Индикаторы излучений 

Скважинный прибор радиоактивного каротажа состоит из инди­катора (датчика) и электронной схемы, помещенных в прочный охранный кожух. В качестве индикаторов γ-излучения исполь­зуются газоразрядные и сцинтилляционные счетчики.

Рис. 3. Схема устройства газоразрядного счетчика

А – катод счетчика, Б – источник питания,

С – анод, R – нагрузочное сопротивление

Газоразрядный самогасящийся счетчик (счетчик Гейгера—Мюллера) представляет собой цилиндрический стеклянный или металлический баллон, заполненный под пониженным давлением смесью инертного газа и паров высокомолекулярных органических соединений (спиртов и др.) (см. рис. 3.). В баллон помещены два электрода: отрицательный - катод и положительный — анод. Первый вы­полнен в виде металлизированной внутренней поверхности баллона, а второй — в виде натянутой по оси баллона вольфрамовой нити. Газоразрядные счетчики различаются по геометрическим размерам, составу органического наполнителя и типу катода (МО — счетчик с медным катодом, ВС - с вольфрамовым катодом и т. д.).

Принципиальная схема измерения γ - излучения при помощи газоразрядных счетчиков показана на рис. 4. Действие счетчика основано на том, что γ - кванты, попадающие в него, при наличии достаточного напряжения между катодом и анодом (на счетчик по­дается от источника Е напряжение постоянною тока порядка 1000 В), вызывают ионизацию газа, в результате которой в счетчике возникает разряд, создающий импульс тока в цепи его питания. Импульсы, возникающие в счетчике, через переходную емкость C1 поступают на электронную схему ЭС для дальнейшего преобразования и регистрации. Для определения относительной интенсив­ности излучения скорости счета при помощи счетчика получают среднее число импульсов N_ср за время t и рассчитывают cреднее число импульсов в единицу времени:

,

где N_ср - среднее число импульсов, за регистрированных счетчиком за время t (в мин).

Счетчики излучения характеризуются опре­деленной эффективностью, под которой понимается отношение числа импульсов, зарегистрированных на выходе со счетчика к числу γ - квантов, попавших в его рабочий объем в единицу времени. Эффективность газоразрядных счетчиков очень мала и не превышает 2-3 %, так как не все проходящие через материал катода гамма-лучи могут выбить из него электрон. Кроме того, за время восстановления счетчика (стекание тяжелых положительно заряженных ионов на катод), исчисляемое десятками микросекунд, он не способен зарегистрировать попавшие на него кванты.

РП – регистрирующий прибор 

Рис. 4. Принципиальная схема измерения

скорости счета газоразрядными счетчиками

PC – разрядные счетчики, Е – источник высокого напряжения,

 R1 – нагрузочные резисторы, C1 – переходные емкости,

ЭС – электронная схема, R2-C2 – интегрирующая ячейка,

При измерениях скорости счета наблюдаются статистические флуктуации — колебания интенсивности излучения вокруг некоторой средней величины в одних и тех же условиях. Уменьшить погрешность от флуктуации можно путем осреднения наблюдений за некоторый интервал времени τ_n (выбор значений постоянной времени τ_n проводится при помощи входящей в изме­рительную схему интегрирующей ячейки, включающей конденса­тор и сопротивление).

Сцинтилляционный (люминесцентный) счетчик состоит из сцинтиллятора и фотоэлектронного умно­жителя ФЭУ (рис. 5). В качестве сцинтиллятора обычно применяют прозрачные неорганические кристаллы галоидных солей щелочных металлов, называемых фосфорами. Гамма-квант, попадая на кристалл таких веществ, поглощается, что сопровождается образованием вторичного электрона и позитрона. Эти заряженные вторичные частицы затрачивают часть своей энергии на возбужде­ние молекул кристалла вдоль траектории своего движения. Возбужденные молекулы живут недолго и возвращаются в основное состояние, выделяя при этом избыточную энергию в виде световых квантов (фотонов),- в кристалле возникают вспышки света (сцинтилляции). Для увеличения выхода света и уменьшения его поглощения в самом сцинтилляторе добавляют специальные актива­торы. Наибольшее применение в аппаратуре радиоактивного каро­тажа получили сцинтилляторы, представляющие собой монокристаллы йодистого натрия, активированные таллием NaJ (Т1). Кри­сталлы NaJ очень гигроскопичны и при попадании на них влаги выходят из строя. В связи с этим их герметизируют в тонком дюралюминиевом стакане с торцевым окном под фотокатод фотоумно­жителя.

Рис. 5. Принципиальная схема измерения

скорости счета сцинтилляционным счетчиком

Сц – сцинтиллятор, ФК – фотокатод, А – анод,

Д – диноды, Е – источник высокого напряжения,

R_эт – резистор анодной нагрузки, R1-R5 – делитель напряжения,

ЭС – электронная схема, РП – регистрирующий прибор

Фотоумножитель состоит из фотокатода, коллектора (анода) и системы расположенных между ними электродов (динодов), Между фотокатодом и анодом создается высокое напряжение (1000— 1500 В) с помощью источника высокого напряжения Е, а с по­мощью делителя напряжения R1 - R5 соответствующие потенциалы подаются на диноды. Световые вспышки (фотоны), возникающие в сцинтилляторе, попадая на фотокатод ФЭУ, выбивают из него электроны. Эти электроны, ускоряясь в поле между фотокатодом и первым динодом, выбивают из последнего в несколько раз большее количество электронов. Процесс образования вторичных электро­нов на последующих динодах расширяется — на аноде ФЭУ образуется поток электронов, приводящий к возникновению импульса напряжения на выходе фотоумножителя. Импульсы, возникающие на выходе ФЭУ, подаются на электронную схему для последующих преобразований и регистрации. При одной и той же интенсивности γ-излучения скорость счета сцинтилляционных счетчиков значи­тельно выше по сравнению с газоразрядными. Их эффективность достигает 20—30 %.

Амплитуда сигнала на выходе со сцинтилляционного счетчика пропорциональна энергии γ-кванта, попавшего на его кристалл. Эта особенность позволяет применять сцинтилляционные счетчики для изучения энергетического спектра γ - излучения.

Приборы для гамма – каротажа 

Типичной двухканальной аппаратурой радиоактивного каротажа (РК) является двухканальный радиометр на сцинтилляционных счетчиках теплостойкий (ДРСТ) (рис.6), который предназначен для исследований глубоких скважин, бурящихся на нефть и газ, методами гамма-каротажа, гамма-гамма-каротажа, нейтронного гамма-каротажа, нейтрон-нейтронного каротажа. Скважинные приборы ДРСТ выпускаются в двух модификациях: диаметрами 90 и 60 мм. В последнем варианте прибор используется для исследований рудных   и угольных скважин. Максимально допускаемая окружающая температура 120° С, давление — 70 МПа.

Радиометр ДРСТ рассчитан на работу с одножильным или трехжильным бронированным кабелем и состоит из скважинного прибора и наземного устройства. Он содержит два аналогичных канала. Один из них служит для гамма-каротажа, а другой, со сменными детекторами,— для измерений ГГК, НГК и др.

Рис. 6. Аппаратура типа ДРСТ

Основными блоками скважинного прибора являются детекторы излучения 1 и 1', уси­лители 2 и 2', дискриминаторы 4 и 4' и выходной каскад 5. В качестве детекторов гам­ма-излучения используются сцинтилляционные счетчики, состоящие из кристаллов NaJ (Tl) и фотоумножителя (ФЭУ). Для регистрации нейтронов применяются кристаллы ZnS (Ag) с ФЭУ. Напряжение для питания счетчика и ФЭУ вырабатывается высоковольтным преобразователем 3. В каждом из двух каналов электрические импульсы, возникающие в счетчике под воздействием радиоактивных излучений, через усилитель подаются на дискриминатор, который служит для подавления помех и формирования прямоугольных импульсов. Импульсы с дискриминатора подаются па выходной каскад 5, выполняющий роль усилителя мощности. Выходной каскад подключен к кабелю. Импульсы, передаваемые по кабелю от двух счетчиков по одной и той же линии связи, имеют разную полярность.

В наземной панели импульсы усиливаются двухкаскадным усилителем 6, разделяются с помощью фазоинвертора 7 и триггеров Шмитта 8 и 8', запускаемых только положительными импульсами. Прямоугольные импульсы от триггеров Шмитта дифференцируются и поступают на нормализаторы 9 и 9 ', где они стандартизируются по длительности и амплитуде, а затем подаются на интеграторы 10 и 10'. Выходной ток интеграторов, пропорциональный скорости счета в соответствующем канале радиометра, фиксируется регистраторами каротажной станции.

Контроль работы каналов радиометра и установка масшта­бов записи осуществляются с помощью калибратора 11. Аппа­ратуре ДРСТ-2 придается пересчетное устройство, с помощью которого можно поочередно подсчитать число импульсов в обоих каналах

Схема скважинного прибора смонтирована на корытооб­разном шасси, в верхней части которого находится счетчик ГК, а к нижней — сменные счетчики ГТК, НГК и НК, работающие во втором канале радиометра. Шасси с радиосхемой заключено в стальной корпус, к нижнему концу которого с помощью замкового сочленения подсоединяются зондовое устройство и камера с источником.

Аппаратура питается от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220В±10%. Потребляемая мощность 100 Вт Скважинный прибор питается напряжением 150 Вт, током 250 МА.

Скважинный термостойкий прибор ТРКУ-100 (рис. 7) рассчитан на измерения интегральной интенсивности гамма-излучения и нейтронного излучения и предназначен для исследования глубоких скважин методами ГК, НГК. НИК. Данные радиоактивного каротажа используются для расчленения и корреляции разрезов скважин, определения пористости и глинистости горных пород. Прибор ТРКУ-100 позволяет проводить исследования методами ГК и НГК в скважине глубиной до 7000 м при окружающей температуре до 200 ⁰С. Он рассчитан на работу в комплекте с одножильным бронированным кабелем длиной до 8000 м.

Прибор ТРКУ-100 представляет собой двухканальный радиометр интегрального счета. Один канал служит для измерения естественной радиоактивности пород (ГК), второй со сменными детекторами — для измерений методами НГК и ННК.

Рис. 7. Блок-схема ТРКУ-100

В канале ГК импульсы с шести параллельно включенных счетчиков 8 поступают на усилитель 7 и нормализатор 2,  формирующий их по длительности и амплитуде, а затем на выходной каскад 1.

Во втором канале с детектора излучений 9 импульсы после усилителя 6 и нормализатора 3 поступают на выходной каскад. Прибор обеспечен блоками питания 5 и 10.

Выходной каскад выполнен на двух лампах, аноды которых соединены с двумя встречно-включенными половинами первичной обмотки выходного трансформатора. Обе вторичные обмотки также включены встречно, что позволяет улучшить форму импульса на выходе кабеля. Импульсы, поступающие в кабель, имеют разную полярность. На поверхности в измерительной панели разделение импульсов осуществляется во входном блоке. После соответствующей обработки и суммирования импульсов информация, поступающая из скважинного прибора, записывается регистратором.

Питание скважинного прибора ТРКУ-100 осуществляется постоянным током от блока 10. Для питания детекторов излучений служит высоковольтный преобразователь 5. Для компенсации сдвига плато разрядных счетчиков и снижения амплитуды импульсов при повышении окружающей температуры служит схема термокомпенсацин 4.

Модуль основной универсальный КСА-Т12-38-120/60 

Одним из применяемых в настоящее время приборов для проведения гамма-каротажа является модуль основной универсальный КСА-Т12-38-120/60.

Он предназначен для геофизических исследований при контроле разработки нефтяных и газовых месторождений с целью оценки технического состояния эксплуатационных скважин, оборудованных насосно-компрессорными трубами с внутренним диаметром не менее 50 мм.

Область применения модуля:

• измерение температуры;
• определение температурных аномалий;
• измерение давления;
• измерение удельной электрической проводимости жидкости;
• измерение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения горных пород;
• индикация притока;
• определение мест негерметичности обсадной колонны;
• определение интервалов притока флюида в скважину;
• определение состава скважинной жидкости;
• исследование природы акустических шумов в скважине;
• определение положения муфтовых соединений насосно-компрессорных и обсадных труб;
• определение интервалов перфорации;
• привязка измеряемых параметров по глубине;
• индикация зенитного угла оси скважины;
• индикация угла поворота модуля вокруг собственной оси.

Передача данных с каналов модуля происходит в двоичном коде с фазоразностной модуляцией с повторением каждого сообщения.

Двадцать бит информации составляют четыре бита адреса (А0 … А3), пятнадцать измерительных (D0 … D14) и последний – «лог. 0». Длина одного сообщения 2,625 мс.

Используются все каналы от 00 до 15.

Канал измерения температуры

ü  Номер канала 08.

ü  Диапазон измерения от минус 10 до +120 °С.

ü  Номинальная функция преобразования Т, °C

T = К_t ´ N - 10,

где К_t = 0,005°C - коэффициент преобразования (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода);

N - текущее значение двоичного кода.

ü  Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности ±0,8 °C.

ü  Показатель тепловой инерции, определенный в воде, не более 1,5 с.

Канал измерения температуры внутри корпуса

ü  Номер канала 03.

ü  Диапазон измерения от 0 до +120 °С.

ü  Номинальная функция преобразования Т_вк, °C

T_вк = К_tвк ´ N,

где К_tвк = 0,1°C - коэффициент преобразования (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода);

ü  Основная абсолютная погрешность ±1,5 °С. 

Канал измерения давления

ü  Номер канала 09.

ü  Диапазон измерения от 0 до 60 МПа.

ü  Номинальная функция преобразования Р, МПа

P = K_P(N - 2000),

где  K_P = 0,002 МПа - коэффициент преобразования (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода);

ü  Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности в интервале от минус 10 до +120 ^oC ±0,3 МПа.

Канал измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения

ü  Номер канала 15.

ü  Диапазон измерения от 7,17´10^-14 до 717´10^-14 А/кг (1...100 мкР/ч).

ü  Индивидуальная статическая функция преобразования Ј_ГК, А/кг

Ј_ГК = K_J ´ N,

где  K_J - индивидуальный коэффициент преобразования, который должен быть не менее 0,1´10^-14 А/кг (0,014 мкР/ч) (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода);

ü  Пределы допускаемой основной относительной погрешности ±10%.

ü  Граничная функция влияния температуры на основную относительную погрешность в интервале от 5 до 120 °C  Ψ_р (T), %

Ψ_р (T) = ± K_T(T_i - T₀),

где  K_T = 0,1 %/град - коэффициент влияния температуры на погрешность;

T_i - значение температуры, влияющей на модуль, °C;

T₀ = 20 °C - значение температуры, принятой в качестве нормальной.

Канал измерения удельной электрической проводимости (УЭП)

ü  Номер канала 07.

ü  Диапазон измерения от 0,1 до 30 См/м;

ü  Индивидуальная функция преобразования s, См/м

s₌ K_σ´N+В,

где K_σ=0,001 См/м - коэффициент преобразования (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода);

В – коэффициент, учитывающий помеху на воздухе, См/м.

ü  Пределы допускаемой основной относительной погрешности d_о, %

d_о = ±[5+0,02],

где σ_max=30 См/м - максимальное значение диапазона измерения;

s_о  - значение УЭП в контрольной точке, См/м.

ü  Изменения систематической относительной погрешности от влияния температуры окружающей среды d_о(Т) должны находиться в пределах, определенных по формуле, %

d_о(Т) = ±[5+0,1],

Канал индикации содержания воды в нефти

ü  Номер канала 10.

ü  Рабочий диапазон от 0 до 100 %.

ü  Коэффициент преобразования не более 0,02 % (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода).

ü  Отклонение показаний при температуре 120°С не должно превышать 20%.

Канал термокондуктивного индикатора притока

ü  Номер канала 14.

ü  Рабочий диапазон от 0,1 до 50 м³/ч.

ü  Коэффициент преобразования не более 0,04 м³/ч (номинальная цена единицы наименьшего разряда двоичного кода).

ü  Показатель тепловой инерции, определенный в воде, не более 4 с.

Канал локатора муфт

ü  Номер канала 13.

ü  Показания датчика локатора муфт в режиме стоянки должны быть не более 100 единиц цифрового кода.

ü  Отношение амплитуды выходного сигнала локатора муфт в режиме движения к сигналу в режиме стоянки, не менее 5:1.

ü  Отношение амплитуды выходного сигнала локатора муфт на муфте обсадной колонны к сигналу фона неперфорированной трубы, не менее 5:1;

Структурная схема модуля

Модуль выполнен в виде герметичного блока (рис. 6) и состоит из следующих узлов:

1) головка приборная, присоединяющаяся к блоку шасси электронному с помощью верхнего стыковочного узла и разъема Х2;

2) блок шасси электронный, состоящий из:

а) шасси с электроникой, на котором расположены:

-    верхний стыковочный узел;

-    локатор муфт;

-    блок ФЭУ (датчик гамма-канала);

-    платы печатные с расположенными на них датчиком ориентации и датчиком, измеряющим температуру внутри прибора;

-    датчик шумоиндикатора;

б) блока датчиков, в котором расположены:

-    нижний стыковочный узел;

-    датчик температуры;

-    датчик манометра;

-    датчик индикатора притока;

-    датчик влагосодержания;

-    датчик УЭП.

         Рис. 6. Функциональная схема модуля 

Устройство и принцип работы 

Устройство модуля и взаимодействие его узлов показано на его функциональной схеме, которая приведена на рисунке 6.

Модулятор служит для передачи данных в линию ЖК через верхнее стыковочное устройство и приборную головку.

Верхнее и нижнее стыковочное устройство связаны одной линией связи R_X/T_X.

Через линию связи R_X/T_X происходит запрос данных с верхних и нижних приставок и программирование коэффициентов преобразования каналов модуля.

Стабилизатор напряжения +20В служит для питания гамма-канала и нижних приставок. Из напряжения +20В на стабилизаторах напряжения получается +5В для питания аналоговой части схемы V_A и +5В для питания цифровой части схемы V_D.

Напряжение +20В служит для получения высокого напряжения на умножителе. Высоковольтный стабилизатор напряжения следит за изменением тока через делители блока датчиков гамма-канала и управляет блоком умножения.

Процессор передачи данных служит для сбора данных с процессора АЦП, верхней приставки через верхнее стыковочное устройство (линия связи R_X/T_X), нижней приставки через нижнее стыковочное устройство (линия связи R_X/T_X) и измерение встроенным АЦП температуры внутри корпуса модуля специальным датчиком.

Процессор передачи данных запрограммирован как жесткий автомат сбора информации и передачи на наземный регистрирующий комплекс в определенной последовательности и определенным количеством посылок по каждому каналу в секунду.

Процессор АЦП служит для измерения частоты с первичного преобразователя гамма-канала, управления и сбора данных с АЦП1 и АЦП2 и передачи и приема данных с математического процессора.

АЦП1 служит для сбора информации с:

-    первичного преобразователя локатора муфт; датчика температуры;

-    первичного преобразователя датчика манометра; датчика индикатора притока;

-    фильтров низкой, средней, высокой частот усилителя заряда датчика шумоиндикатора;

АЦП2 служит для сбора информации с:

-     первичного преобразователя датчика манометра для термокомпенсации манометра;

-     первичного преобразователя датчика УЭП; первичного преобразователя датчика влагосодержания; датчика зенитного угла; датчика угла поворота.

Область применения метода 

В комплексе с данными других методов промысловой геофизики результаты гамма – метода исследования скважин используются для литологического расчленения разрезов скважин, для их корреляции и для выделения в них полезных ископаемых. В осадочных отложениях они являются наиболее надежным геофизическим критерием степени глинистости горных пород.

Выделение полезных ископаемых

Среди полезных ископаемых, однозначно выделяемых по данным гамма – метода, в первую очередь следует назвать радиоактивные руды (уран, радий и торий), а также калийные соли.

В скважинах, бурящихся с целью поисков и разведки месторождений радиоактивных руд, гамма – метод является основным геофизическим методом исследования, на основании данных которого осуществляется не только выделение в разрезе рудных пластов и пропластков, но и количественная оценка содержания в этих рудах радиоактивных элементов. Эти данные широко используются при подсчете месторождений радиоактивных руд.

Во многих случаях по кривым гамма – метода в разрезе скважин уверенно выделяются скопления фосфоритов, марганца, свинца и других редких цветных металлов. На указанных кривых все эти полезные ископаемые отмечаются аномально повышенными интенсивностями I_g .

Расчленение

В основе литологического расчленения по данным гамма – метода разрезов скавжин лежат закономерности изменения радиоактивности горных пород.

В скважинах нефтяных, газовых, угольных и других месторождений, приуроченных к осадочным отложениям, кривые гамма – метода отражают в первую очередь степень глинистости горных пород и наличие в разрезе низкоактивных пород гидрохимического происхождения. Как правило, повышенными интенсивностями I_g на кривых отмечаются наиболее глинистые разности осадочных горных пород. Минимальными интенсивностями I_g  характеризуются хемогенные осадки (галиты, гипсы, ангидриты) и чистые неглинистые разности песков, песчаников, известняков и доломитов.

Особенно возрастает роль гамма – метода для выделения коллекторов в случае, когда исследуемые скважины заполнены буровым раствором, удельное электрическое сопротивление которого близко к сопротивлению пластовых вод. В этих условиях кривые метода ПС слабо дифференцированы и данные гамма – метода становятся основным исходным материалом для выделения проницаемых разностей – коллекторов. Кроме того, гамма – метод дает возможность расчленять геологические разрезы старых обсаженных скважин, привязывать к глубинам соединительные муфты и пласты, пройденные скважиной, и тем самым повысить точность перфораций.

Гамма – метод применяется также для выделения пород пониженной радиоактивности, например каменных углей.

Оценка глинистости

Основная ценность гамма – метода при исследовании осадочных горных пород заключается в возможности количественных определений по его данным глинистости С_гл горных пород или содержания в карбонатных породах нерастворимого остатка С_по – параметров, знание которых необходимо при оценке коллекторских свойств горных пород, а также при количественной интерпретации данных других методов промысловой геофизики.

В основе количественных определений лежит корреляционная связь радиоактивности q_п горных пород с содержанием в них глинистого материала С_гл и нерастворимого остатка С_по, характеризующихся повышенной радиоактивностью.

Заключение 

Во всех горных породах хотя бы в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы, содержание которых в разных породах различно, поэтому посредством регистрации радиоактивных излучений в скважине можно судить о характере горных пород.

Гамма-каротаж основан на измерении естественной гамма - активности горных пород. При гамма - каротаже регистрируются гамма - лучи в скважине.

Гамма – излучение представляет собой высокочастотное электромагнитное излучение, возникающее в результате ядерных процессов, и рассматривается как поток дискретных частиц (гамма - квантов).

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В результате гамма - каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения. Величина измеряется в импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма - лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма - каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.

Список литературы 

1. Геофизические исследования скважин Итенберг С.С., Дахкильков Т.Д. – Москва, Недра, 1982 г., 352 с.
2. Геофизические и прямые методы исследования скважин Мухер А.А., ШакировА.Ф. – Москва, Недра, 1981 г., 296 с.
3. Грей Форест Добыча нефти / Пер. с англ. – М. ЗАО «Олимп - Бизнес», 2004 г. – 416 с.
4. Амиров А.Д., Овнатанов С.Т., Яшин А.С. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин. М., «Недра», 1975 г., 344 с.
5. Булатов А.И, Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 4 кн. Кн 2 – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1995 г. – 272 с.
6. Тугашова Л.Г., Алаева Н.Н., Абдулкина Н.В. Методические указания к выполнению курсовых работ (проектов) - Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2007. – 60 с.

7. Габдуллин Т.Г., Алаева Н.Н. Промыслово-геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин: Учебное пособие. – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2007. – 68 с.