Плотностной гамма-гамма метод

Интенсивность рассеянного гамма-излучения, регистрируемая индикатором, зависит от плотности породы, длины зонда, активности и природы источника первичного гамма-излучении. По мере увеличения плотности рассеивающей среды интенсивность гамма-излучения сначала возрастает, достигая максимума, а затем падает (рис. 1). Повышение интенсивности регистрируемого излучения в области малых плотностей обусловлено увеличением количества рассеянных гамма-квантов в связи с ростом числа электронов в единице объема породы и, следовательно, с увеличением ее плотности. Последующее уменьшение интенсивности гамма-излучения связано с поглощением веществом части рассеянных гамма-квантов вследствие фотоэффекта.

Положение максимума на кривой рис. 1 зависит от длины зонда и начальной энергии гамма-квантов. С повышением энергии первичного излучения и уменьшением длины зонда максимум смешается вправо.

Так как большая часть горных пород обладает плотностью свыше 2×10³ кг/м3, то измерение проводят по спадающей части кривой, т. е. с увеличением плотности порол интенсивность рассеянного гамма-излучения падает.

Глубинность исследования плотностного метода рассеянного гамма-излучения мала (10-15 см) и зависит от длины зонда, мощности источника, энергии первичных гамма-квантов, плотности горных пород.

С увеличением длины зонда глубинность этого метода возрастает. Однако при этом растет статистическая погрешность регистрации рассеянных гамма-квантов, что вызывает необходимость использования более мощных источников. Опытными работами установлено, что для исследования железных руд оптимальными являются зонды длиной 30-50 см, руд тяжелых элементов - зонды длиной 20-40 см, для определения пористости осадочных горных пород - зонды длиной 40 см.

Мощность источника выбирается такой, чтобы рассеянное гамма-излучение превышало естественное гамма-излучение пород в несколько рази тем самым обеспечивало малую статистическую погрешность регистрации, но не превышало допустимой дозы гамма-облучения обслуживающего персонала. Обычно применяются источники гамма-излучения активностью от 0,37×10⁴ до 1,85×10⁴ расп./с.

Увеличение начальной энергии гамма-квантов вызывает повышение их проникающей способности и, следовательно, глубинность метода. С этой точки зрения предпочтительнее источник ⁶⁰Со.

Между радиусом исследования ГГКп и числом электронов в единице объема горной породы, а значит и ее плотностью существует обратно пропорциональная зависимость. Вследствие малой глубинностн ГГКп на его показания большое искажающее влияние оказывает изменение диаметра скважины, физических свойств заполняющей скважину жидкости и толщины глинистой корки, наличие или отсутствие обсадных колонн и т. д. Так, при наличии глинистой корки плотность исследуемой среды снижается, а показания ГГКп, следовательно, повышаются.

С увеличением пористости уменьшается плотность горных пород в однотипном разрезе, поэтому пласты-коллекторы на диаграммах ГГКп отмечаются высокими показаниями. Однако в неглинистом карбонатном разрезе увеличение показаний ГГКп обусловлено не только пористостью пород, но и наличием глинистой корки (рис. 2).

Рисунок 2. Выделение пластов коллекторов в неглинистом карбонатном разрезе

по данным комплекса ГИС

Описываемым методом можно определить глубину залегания, мощность и строение угольных пластов [d_пл, =(1,2-1,8)×10³ кг/м³)], а в благоприятных условиях - их зольность. Плотностной гамма-гамма метод применяют также для выделения хромитовых руд [d_пл = (3,7-4,5)×10 кг/м³] среди змеевиков и серпентинитов [d_пл = (2,5-2,6)×10³ кг/м³], колчеданных руд [d_пл = (3,5-4,5)×10³ кг/м³] среди вмещающих порол [d_пл = (2,64-2,8)×10³ кг/м³] марганцевых (d_пл=4,5×10³ кг/м3) и железных руд (d_пл=3,4×10³ кг/м³), бокситов (d_пл=3×10³ кг/м³), флюоритов (d_пл=3×10³ кг/м3), полиметаллических руд и калийных солей.

В нефтяных и газовых скважинах ГГКп наиболее эффективен при оценке пористости горных пород, которая основана на связи плотности d_пл, с коэффициентом пористости k_п:

d_пл = (1 - k_п)×d_ск+d_ж×k_п,

где d_ск - минеральная плотность горной породы (скелета); d_ж - плотность флюида (газ, вода, нефть), заполняющего поровое пространство.

Плотностной гамма-гамма метод является одним из немногих методов промысловой геофизики, одинаково чувствительных к изменению пористости в областях ее малых и больших значений (рис. 3). В этом его основное преимущество при определении коэффициентов пористости.