Гамма-каротаж

Пример гамма-каротажа. Синие и черные линии обозначают измеренные гамма-лучи. Интересующий участок песка расположен внизу бревна, где бревно движется влево.

Гамма-каротаж — это метод измерения естественного гамма-излучения для характеристики породы или отложений в скважине или буровой скважине. Это метод каротажа на кабеле, используемый в горнодобывающей промышленности, разведке полезных ископаемых, бурении водяных скважин, для оценки пласта при бурении нефтяных и газовых скважин и для других связанных с этим целей. ^{[ 1 ]} Различные типы горных пород излучают разное количество и разные спектры естественного гамма-излучения . В частности, сланцы обычно излучают больше гамма-лучей, чем другие осадочные породы, такие как песчаник , гипс , соль , уголь , доломит или известняк, поскольку радиоактивный калий является обычным компонентом их глинистого содержимого, а также потому, что катионообменная способность глины вызывает они поглощают уран и торий . Эта разница в радиоактивности между сланцами и песчаниками/карбонатными породами позволяет прибору гамма-излучения различать сланцы и не сланцы. Но он не может отличить карбонаты от песчаника, поскольку они оба имеют одинаковые отклонения на гамма-каротаже. Таким образом, нельзя сказать, что гамма-каротажи сами по себе являются хорошими литологическими каротажами, но на практике гамма-каротажи сравниваются параллельно со стратиграфическими каротажами.

Каротаж гамма-каротажа, как и другие виды каротажа скважин , выполняется путем опускания прибора в скважину и регистрации изменений гамма-излучения с глубиной. В США устройство чаще всего записывает измерения с интервалом в 1/2 фута. Гамма-излучение обычно регистрируется в единицах API — единицах измерения, придуманных в нефтяной промышленности. Гамма-излучение ослабляется в зависимости от диаметра скважины главным образом из-за свойств флюида, заполняющего скважину, но поскольку гамма-каротажные обычно используются качественно, корректировка амплитуды обычно не требуется.

За излучение, испускаемое горными породами, ответственны три элемента и их цепочки распада: калий , торий и уран . Сланцы часто содержат калий в составе глины, а также имеют тенденцию поглощать уран и торий. Обычный журнал гамма-излучения регистрирует общее излучение и не может различать радиоактивные элементы, тогда как спектральный журнал гамма-излучения (см. Ниже) может.

Для стандартных каротажей гамма-излучения измеренное значение гамма-излучения рассчитывается на основе концентрации урана в ppm, тория в ppm и калия в массовых процентах: например, GR API = 8 × концентрация урана в ppm + 4 × концентрация тория. в ppm + 16 × концентрация калия в массовых процентах. Из-за взвешенного характера концентрации урана в расчете GR API аномальные концентрации урана могут привести к тому, что чистые песчаные резервуары будут выглядеть глинистыми. По этой причине спектральное гамма-излучение используется для получения индивидуальных показаний для каждого элемента, чтобы можно было обнаружить и правильно интерпретировать аномальные концентрации.

Преимущество гамма-каротажа перед некоторыми другими типами каротажа заключается в том, что он работает сквозь стальные и цементные стенки обсаженных скважин. Хотя бетон и сталь поглощают часть гамма-излучения, через сталь и цемент проходит достаточное количество гамма-излучения, чтобы можно было провести качественные определения.

В некоторых местах несланцевые месторождения демонстрируют повышенный уровень гамма-излучения. Например, песчаники могут содержать минералы урана, калиевый полевой шпат , глиняную начинку или каменные фрагменты, из-за которых показатели гамма-излучения породы превышают обычные. Уголь и доломит могут содержать поглощенный уран. Месторождения эвапорита могут содержать минералы калия, такие как сильвит и карналлит . В этом случае необходимо провести спектральную гамма-каротажу для выявления источника этих аномалий.

Спектральная регистрация

Спектральный каротаж — это метод измерения спектра или количества и энергии гамма-лучей, испускаемых в результате естественной радиоактивности горных пород. На Земле существует три основных источника естественной радиоактивности: калий (40K), торий (в основном 232Th и 230Th) и уран (в основном 238U и 235U). Каждый из этих радиоактивных изотопов испускает гамма-лучи, характерный уровень энергии которых измеряется в МэВ. Количество и энергию этих гамма-лучей можно измерить сцинтилометром. Журнал спектроскопического ответа на естественное гамма-излучение обычно представляет собой общий журнал гамма-излучения, который отображает массовую долю калия (%), тория (ppm) и урана (ppm). Первичными стандартами весовых фракций являются геологические формации с известными количествами трех изотопов. Каротажные диаграммы естественной гамма-спектроскопии стали регулярно использоваться в начале 1970-х годов, хотя их изучение проводилось с 1950-х годов.

Характерная гамма-линия, связанная с каждым радиоактивным компонентом:

Калий: энергия гамма-лучей 1,46 МэВ.
Ториевый ряд: энергия гамма-лучей 2,61 МэВ.
Серия уран-радий: энергия гамма-лучей 1,76 МэВ.

Другим примером использования спектрального гамма-каротажа является идентификация конкретных типов глины, таких как каолинит или иллит . Это может быть полезно для интерпретации среды отложения, поскольку каолинит может образовываться из полевых шпатов в тропических почвах в результате выщелачивания калия; Таким образом, низкие значения калия могут указывать на присутствие одной или нескольких палеопочв . ^{[ 2 ]} Идентификация конкретных глинистых минералов также полезна для расчета эффективной пористости породы-коллектора.

Использование в разведке полезных ископаемых

Гамма-каротажи также используются при разведке полезных ископаемых, особенно при разведке фосфатов, урана и калийных солей.

Ссылки

^ Инструменты GR-Logging. Архивировано 30 ноября 2010 г. в Wayback Machine компанией Schlumberger для нефтегазовой промышленности.
^ Стратиграфия речных последовательностей с использованием тория и калия в геологии разведки и добычи. Архивировано 13 марта 2012 г. в Wayback Machine.

[1] Инструменты GR-Logging. Архивировано 30 ноября 2010 г. в Wayback Machine компанией Schlumberger для нефтегазовой промышленности.

[2] Стратиграфия речных последовательностей с использованием тория и калия в геологии разведки и добычи. Архивировано 13 марта 2012 г. в Wayback Machine.

[ 1 ]

[ 2 ]