Интерпретация нейтронных разрезов

Литологическая интерпретация. Интерпретация нейтронных разрезов, как правило, ведется в комплексе одновременно с интерпретацией радиоактивных разрезов. Табл. 20-2 подытоживает методы интерпретации.

Отражение различных типов пород на нейтронных разрезах зависит от процентного содержания в них водорода; за исключением нефтяных и газовых коллекторов, водород, как правило, содержится в породах в составе воды. Вода частично заполняет поровое пространство, а частично входит в состав минералов пород. В чистых, свободных от глинистых частиц, песчаниках, известняках и доломитах процентное содержание связанной вода, вероятно, невелико; значительно большая часть воды находится в поровом пространстве. Наоборот, в глинах, бентонитах и вулканическом пепле большая часть воды химически связана в породе.

На нейтронных разрезах записывается влияние гамма-лучей, поступающих из источника и от радиоактивных элементов в породах; на нейтрон-нейтронные разрезы эти лучи не влияют. Никакой другой разницы в интерпретации этих двух видов разрезов не обнаружено. Поэтому на нейтрон-нейтронные разрезы в гораздо меньшей степени влияет изменение диаметра скважины, нежели на нейтронные гамма-разрезы с использованием радия в качестве источника. Табл. 20-2 была составлена для интерпретации нейтронных гамма-разрезов, полученных с использованием радия-бериллия в качестве источника. Однако ее можно было бы применить и к нейтрон-нейтронным разрезам, полученным при применении источника, свободного от гамма-лучей, с устранением влияния изменения диаметра скважины.

Для интерпретации редко употребляются одни лишь нейтронные разрезы; обычно они объединяются с радиоактивными разрезами. Нейтронные гамма-разрезы снимаются отдельно от радиоактивных разрезов в процессе самостоятельного рейса прибора. При вычерчивании оба разреза наносятся друг возле друга. Однако нейтрон-нейтронные разрезы могут сниматься при одной операции одновременно со съемкой других разрезов.

Определение пористости. Исключительно важной особенностью нейтронных разрезов является возможность использования их для определения пористости известняков, доломитов, песчаников и кремнистых пород. Нейтронные разрезы полезны, главным образом, при определении пористости известняков и доломитов, особенно потому, что с помощью электрических разрезов это можно делать менее надежно, чем для песчаных пород. Определение пористости по нейтронным разрезам особенно денно на площадях, где над известняковыми и доломитовыми коллекторами залегает соль, как это, например, имеет место в Западном Техасе и западной части Канзаса; в этих районах вследствие солоноватого характера бурового раствора качество электрических разрезов довольно низкое.

Основой определения пористости является относительное положение нейтронной кривой в зонах, где радиоактивный разрез обнаруживает низкую ионизацию. Породы низкой радиоактивности обычно являются потенциальными коллекторами, а зоны хорошей пористости в этих породах, как правило, обладают способностью продуцировать нефть и газ. Породы, характеризующиеся низкой радиоактивностью, обычно свободны от глинистых частиц, и на нейтронных разрезах участков развития таких пород степень ионизации обратно пропорциональна пористости. Непористые породы обычно обнаруживают высокую ионизацию, и эта степень ионизации при определении пористости других пород может служить эталоном для сравнения. Она может быть принята как показатель нулевой или близкой к ней пористости. Ионизация на нейтронном разрезе против глин может быть взята как другой показатель и относительная пористость разных пород может быть определена по величине ионизации между этими точками.

Количественная связь между степенью ионизации и пористостью рассматривается в работе Р. Буша и Е.С. Мардока, и две диаграммы из этой работы воспроизведены на рис. 20-6 и 20-7. На рис. 20-6 приведено сопоставление фактических данных по определению пористости кернов с данными нейтронного кароттажа для известняка Смаковер, а рис. 20-7 показывает связь между степенью ионизации и пористостью для глин и плотных известняков. Ясно, что когда пористость является высокой, изменения в ионизации, обусловленные колебаниями в величине пористости, имеют гораздо меньшую амплитуду, чем при низкой пористости. Например, значительно меньшие колебания в ионизации происходят при изменении, пористости в пределах от 25 до 30%, чем при изменении пористости от 0 до 5%. Из рис. 20-6 и 20-7 явствует, что, хотя между определяемыми и измеряемыми величинами пористости существует весьма удовлетворительное соответствие, все же наблюдается значительное рассеивание точек. Этого и следует ожидать, так как другие факторы, помимо пористости, влияют на данные нейтронного кароттажа. Более того, даже там, где результаты анализов кернов на пористость не совпадают с определениями пористости, произведенными по кривой нейтронного кароттажа, не всегда можно считать, что первые более близки к действительности.

Пористость некоторых известняков и доломитов столь непостоянна, что может быть значительное расхождение между пористостью отдельных кусочков керна и пористостью всей породы, слагающей стенки скважины на той же глубине. Отсюда можно ожидать некоторые расхождения, даже если извлечение кернов будет полным. Так как на кривую нейтронного кароттажа оказывает влияние порода, имеющая, очевидно, в 10 раз больший объем, чем керн диаметром в 3 дюйма (75 мм), то при определении пористости по нейтронным разрезам можно получить данные, более близкие к истинной средней пористости.

Необходимо ясно представить себе, что более или менее точные определения пористости возможны только там, где радиоактивный разрез указывает на отсутствие в породах примеси глинистых частиц; пока еще не разработан метод, указывающий на возможное влияние глинистых частиц. Там, где на радиоактивном разрезе отмечаются глинистые зоны, снижение ионизации частично обусловлено присутствием глинистых пород. В случае чередования глинистых пород с плотными непористыми известняками радиоактивный и нейтронный разрезы являются зеркальным отражением друг друга, но в пористых зонах эта зеркальная симметрия исчезает. Важно то, что данные о глубинах на радиоактивных и нейтронных разрезах хорошо совпадают. Расхождения всего лишь в несколько футов между глубинами, отмечаемыми на обоих разрезах, лежат в пределах точности определений мощности пористых зон.

Повторные диаграммы, изображенные на рис. 20-2, указывают, каким образом статистические колебания, появляющиеся на кривых нейтронных разрезов, влияют на определения пористости. Вследствие случайных ошибок точность относительно действительной степени ионизации оказывается равной около 0,2 ширины квадрата, в то время как общий сдвиг кривой от глинистых пород к плотным известнякам, по-видимому, в 1,8 раза превышает ширину квадратов. Таким образом, точность составляет около 10% амплитуды общего сдвига кривой от непористых известняков к глинистым породам. Согласно данным, приводимым Бушем и Мардоком (49), 10% общего смещения кривой от глинистых пород к непористым известнякам на нейтронной кривой эквивалентно приблизительно 5% порового пространства там, где пористость составляет около 10% и, приблизительно 10% порового пространства там, где пористость составляет около 20%. Таким образом, значительная часть неравномерного рассеивания, изображенного на рис. 20-7, вероятно, является следствием статистических колебаний.

Влияние диаметра скважины. Изменения диаметра скважины могут вызвать изменения кривой нейтронного гамма-разреза в том случае, если источник нейтронов содержит радий. Это явление зависит также от типа применяемого щита. Подобные изменения в ионизации следует рассматривать как погрешности, так как они снижают точность интерпретации относительно пористости и литологического состава. Гамма-лучи, образовавшиеся в источнике, поглощаются в гораздо больших количествах при прохождении через относительно плотный свинцовый щит и породу, чем при прохождении через пространство между щитом и породой. Соответственно, они стремятся пройти к ионизационной камере именно через это пространство, и чем оно шире, тем большее количество гамма-лучей пройдет и вызовет повышение ионизации. Следовательно, должно быть значительное увеличение ионизации в местах расширения скважины, там, где это пространство является наиболее широким. К сожалению, расширение диаметра скважины большей частью происходит в глинистых породах, бентонитах и соли, для которых определение пористости не представляет интереса. В известняках и доломитах изменение в диаметре скважины, вероятно, невелико. Разумеется, этих ошибок можно избежать, если пользоваться для нейтронного гамма-кароттажа источником, свободным от гамма-лучей, а также щитами особой конструкции.

Влияние веществ, находящихся в скважине. Хотя ни одно из веществ, находящихся обычно в нефтяных и газовых скважинах, не мешает получению хороших разрезов, все же эти вещества оказывают заметное влияние на разрезы, и об этом влиянии необходимо знать, чтобы уметь отличать его от влияния, связанного с изменением литологии. Обсадная колонна может вызвать заметное снижение ионизации при нейтронном гамма-кароттаже, очевидно потому, что она защищает ионизационную камеру от гамма-лучей, поступающих прямо из источника. В части скважины, свободной от жидкости, наблюдается заметный сдвиг кривой вправо по сравнению с частью, заполненной нефтью или водой; гораздо меньший сдвиг вправо имеет кривая в зоне нахождения нефтяного столба, по сравнению с водяным. Обсадная колонна оказывает незначительное влияние на нейтрон-нейтронные или нейтронные гамма-разрезы, составленные методами, которые исключают влияние гамма-лучей, поступающих прямо из источника.

О возможности определения характера флюидов, содержащихся в коллекторах. Обычно ни нейтронный, ни радиоактивный разрез не указывают на характер флюидов, содержащихся в пористых зонах. Это происходит отчасти из-за обводнения проницаемых пород водой из глинистого раствора, а отчасти — вследствие одинакового влияния на разрезы различных флюидов, содержащихся в коллекторах. Гидростатическое давление глинистого раствора в скважинах вращательного бурения обычно значительно выше пластового. В результате этого глинистый раствор стремится обводнить коллекторы, но интенсивному обводнению препятствует глинистая корка, покрывающая на стенках скважины поверхность проницаемых пластов. Вода медленно фильтруется через эту корку и обводняет проницаемые пласты на расстояния от нескольких сантиметров до нескольких метров от стенок скважины.

Обычно ширина этой обводненной зоны больше, сравнительно с эффективной глубиной проникновения радиоактивных и нейтронных лучей. В связи с этим в порах пород тех участков, которые отражаются на радиоактивных и нейтронных разрезах, обычно имеется вода, независимо от того, какой флюид первоначально в них содержался. Более того, даже если первоначальный флюид не был вытеснен, нефть и вода, как правило, не различаются на радиоактивных разрезах, и очень трудно различимы или совсем не различимы на нейтронных разрезах. Объясняется это тем, что содержание атомов водорода на единицу объема приблизительно одинаково для нефти и воды.

При незначительном проникновении воды из раствора, ионизация против газоносных зон, отражаемая на нейтронных разрезах, выше, чем ионизация против нефтеносных или водоносных участков. Таким образом, если прослеживать снизу вверх, то в местах контактов газ-нефть и газ-вода наблюдается сдвиг кривой вправо. К сожалению, этот сдвиг, вероятно, будет трудно отличать от сдвигов, вызванных изменениями в пористости, в тех случаях, когда нет других данных, указывающих на эти изменения. Тем не менее по всему комплексу разрезов: радиоактивных, электрических, керновых и составленных по образцам и шламу, можно получить необходимые сведения относительно литологии вскрытых скважиной пород. Более того, полуколичественные методы Буша и Мардока иногда бывают полезны для выявления подошвы газоносных зон.