Гамма-каротаж - Gamma ray logging

Пример гамма-журнала. Синие и черные линии указывают измеренные гамма-лучи. Интересующий участок песка расположен внизу бревна, там, где бревно перемещается влево.

Гамма-каротаж это метод измерения встречающихся в природе гамма-излучение для характеристики породы или отложений в скважина или просверлить отверстие. Это каротаж метод, применяемый в горной промышленности, разведке полезных ископаемых, бурении скважин на воду, для оценка пласта при бурении нефтяных и газовых скважин и в других связанных целях.^[1] Различные типы горных пород излучают разное количество и разные спектры природных гамма-излучение. Особенно, сланцы обычно излучают больше гамма-лучей, чем другие осадочные породы, такие как песчаник, гипс, соль, каменный уголь, доломит, или же известняк потому что радиоактивный калий является обычным компонентом их содержания в глине, и потому что катионообменная емкость глины заставляет их впитывать уран и торий. Эта разница в радиоактивности между сланцами и песчаниками / карбонатными породами позволяет инструменту гамма-излучения различать сланцы и не сланцы. Но он не может отличить карбонаты от песчаника, так как они оба имеют одинаковые отклонения на гамма-каротаже. Таким образом, нельзя сказать, что гамма-каротаж сам по себе дает хорошие литологические данные, но на практике гамма-каротаж сравнивается бок о бок со стратиграфическим каротажем.

Гамма-каротаж, как и другие типы каротаж, выполняется путем опускания инструмента в скважину и регистрации изменения гамма-излучения с глубиной. в Соединенные Штаты, устройство обычно записывает измерения с интервалом в 1/2 фута. Гамма-излучение обычно регистрируется в Единицы API, измерение, разработанное в нефтяной промышленности. Гамма-лучи ослабляются в зависимости от диаметра ствола скважины, в основном из-за свойств жидкости, заполняющей ствол скважины, но поскольку гамма-каротаж обычно используется качественно, корректировки амплитуды обычно не требуются.

Три элемента и их цепочки распада несут ответственность за излучение горных пород: калий, торий и уран. Сланцы часто содержат калий в составе глины, а также склонны поглощать уран и торий. Обычный гамма-каротаж регистрирует общее излучение и не может различать радиоактивные элементы, в то время как спектральный гамма-каротаж (см. Ниже) может.

Для стандартных гамма-каротажных диаграмм измеренное значение гамма-излучения рассчитывается исходя из концентрации урана в миллионных долях, тория в миллионных долях и калия в массовых процентах: например, GR API = 8 × концентрация урана в миллионных долях + 4 × концентрация тория. в миллионных долях + 16 × концентрация калия в массовых процентах. Из-за взвешенного характера концентрации урана в расчетах GR API аномальные концентрации урана могут вызвать появление сланцевых пластов из чистого песка. По этой причине спектральное гамма-излучение используется для получения индивидуальных показаний для каждого элемента, чтобы можно было найти и правильно интерпретировать аномальные концентрации.

Преимущество гамма-каротажа перед некоторыми другими типами скважинного каротажа состоит в том, что он работает через стальные и цементные стены обсаженных скважин. Хотя бетон и сталь поглощают часть гамма-излучения, через сталь и цемент проходит достаточное количество, что позволяет проводить качественные определения.

В некоторых местах не сланцы демонстрируют повышенный уровень гамма-излучения. Например, песчаники могут содержать минералы урана, калий. полевой шпат, глиняная засыпка или каменные фрагменты, из-за которых порода имеет более высокие, чем обычно, значения гамма-излучения. Каменный уголь и доломит может содержать поглощенный уран. Эвапорит отложения могут содержать минералы калия, такие как сильвит и карналлит. В этом случае необходимо выполнить спектральный гамма-каротаж для определения источника этих аномалий.

Спектральный каротаж

Спектральный каротаж - это метод измерения спектра или количества и энергии гамма-лучей, излучаемых естественной радиоактивностью горной породы. На Земле есть 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 излучает гамма-лучи с характерным уровнем энергии, измеряемым в МэВ. Количество и энергию этих гамма-лучей можно измерить с помощью сцинтиллометра. Журнал спектрального отклика на естественное гамма-излучение обычно представлен как общий журнал гамма-лучей, который отображает массовую долю калия (%), тория (ppm) и урана (ppm). Первичные стандарты для массовых долей - это геологические образования с известными количествами трех изотопов. Журналы спектроскопии естественного гамма-излучения стали широко использоваться в начале 1970-х годов, хотя их изучали с 1950-х годов.

Характеристическая линия гамма-излучения, связанная с каждым радиоактивным компонентом:

• Калий: энергия гамма-излучения 1,46 МэВ
• Серия тория: энергия гамма-излучения 2,61 МэВ
• Серия уран-радий: энергия гамма-излучения 1,76 МэВ

Другой пример использования спектральных гамма-каротажных диаграмм - определение конкретных типов глины, например каолинит или же иллит. Это может быть полезно для интерпретации среды отложения, поскольку каолинит может образовываться из полевые шпаты в тропических почвах при выщелачивании калия; и низкие показания калия могут, таким образом, указывать на присутствие одного или нескольких палеопочвы.^[2] Идентификация конкретных глинистых минералов также полезна для расчета эффективной пористости породы-коллектора.

Использование при разведке полезных ископаемых

Гамма-каротаж также используется при разведке полезных ископаемых, особенно при разведке фосфатов, уран, и калий соли.

Рекомендации

1. Инструменты для регистрации GR В архиве 2010-11-30 на Wayback Machine от Schlumberger для нефтегазовой отрасли
2. Стратиграфия флювиальных последовательностей с использованием тория и калия на Геология разведки и добычи