Способ гамма-гамма каротажа

Изобретение относится к геофизическим способам разведки полезных ископаемых, а именно к способам радиоактивногокаротвжэ, и может быть использовано при. исследовании пород, имеющих тонкослоистое строение,Целью предлагаемого изобретения является увеличение чувствительности при одновременном повышении детальностиисследований, что обеспечивает полноту и 10точность излучения тонкослоистого разреза,Сущность предлагаемого изобретенияпоясняется фиг. 1 - Э. На фиг. 1-а представлено сечение объема пород, формирующего 15регистрирувмое рассеянное гамма-излучение, в плоскости, проходящей через оси малых телесных углов распространенияпервичного и регистрируемого гамма-излучения и пересекающей плоскость напластования пород, что соответствует известномуспособу-прототипу, На фиг. 1-б показанасхема измерений по предлагаемому способу, в которой плоскость, проходящая черезоси малых телесных углов распространенияпервичного и регистрируемого рассеянногогамма-излучения, ориентирована параллельно плоскости напластования пород тогоже разреза, В этом случае регистрируемоерассеянное гамма-излучение формируется 30в объеме пород, сечение которого показанона данной фигуре, На этой же фиг. 1 приведены диаграммы распределения регистрируемого гамма-излучениявдоль разрезапри наличии слоистой структуры порор, На 35фиг. 2 представлены результаты экспериментальных исследований в виде зависимости амплитуды аномалии регистрируемогорассеянного гамма-излучения Ь на пластеА(прослое) ограниченной мощности Ь нормированной на амплитуду аномалии 1 ь -+ Оонадпласте (прослое), неограниченной мощности Ь - оо, от мощности пласта (прослоя) при1 - сопзт. Пласт представлен углем, прослой- породой (глина), Условные обозначения: 1 45- аномалия на пласте угля, заключенном впороде; 2 - аномалия на прослое породы,заключенном в угле, Сплошные кривые соответствуют результатам по предлагаемомуспособу, пунктирные - по прототипу. Нафиг. 3 приведены диаграммы гамма-гаммакэротажа по разрезу месторождения горючих сланцев, записанные по предлагаемомуспособу (а) и по способу-прототипу (б). Условные обозначения: 1 - горючие сланцы; 2 55- высокозольные горючие сланцы; Э - глинистые известняки; 4 - известняки.В способе-прототипе при расположении осей малых телесных углов распространения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения в плоскости, секущей плоскость напластования пород тонкослоистого разреза, сложенного пластами, мощность Ь каждого иэ которых меньше размера зонда ., регистрируемое гамма-излучение определяется длиной зонда и значениями телесных углов переноса первичного и регистрируемого рассеянного излучения и усредняется в пределах длины зонда, не достигая величины насыщения по интенсивности 1, которой характеризуются пласты ь прослои неограниченной мощности (фиг. 1, в). Изменение регистрируемого рассеянного гамма-излучения на границе раздела двух сред, отличающихся свойствами по отношению к гамма-излучению, в способе-прототипе наблюдается на характерном интервале глубины, равном размеру зонда плюс полусумма размеров окон коллиматоров источника и детектора на рабочей поверхности вдоль зонда, прижатой к стенке скважины, По этим причинам в способе-прототипе тонкие пласты (ЬЕ) на кривой распределения регистрируемого рассеянного гамма-излучения выделяются неясно, а их границы и мощность определяются с погрешностью, тем большей, чем больше размер зонда.В предлагаемом способе плоскость, в которой расположены оси телесных углов распространения первичного и регистрируемого гамма-излучения (дальше, для краткости, - плоскость зонда), параллельна плоскости напластования пород, и протяженность обьемэ пород, формирующего регистрируемое излучение по оси глубины, определяемая величиной телесных углов переноса первичного рассеянного излучения, при малых значениях этих углов, мала - существенно меньше длины зонда 1. (фиг. 1, б). Поэтому интенсивность регистрируемого гамма-излучения 1 для тонких пластов и прослоев достигает значений, соответствующих пластам и прослоям неограниченной мощности. Г 1 ротдженность интервала глубины, на котором изменяется регистрируемое излучение на границе раздела двух сред, равна размеру большего окна коллиматора (источника или детектора) на рабочей поверхности зонда и не зависит от длины зонда (фиг. 1, б), По указанным причинам в предлагаемом способе тонкие пласты (Ь) ясно выделяются на кривой распределения регистрируемого рассеянного гамма-излучения, а их границы и мощность определяются с высокой точностью (фиг, 1, б),Повышение детальности информации о разрезе соответствует и увеличение чувствительности измерений, поскольку, как по 1823605каэывают эксперименты, аномалия рассеянного гамма-излучения на пласте углямощностью 1 см примерно в 9 раз превышает ту же аномалию при наблюдениях по способу-прототипу (фиг, 2). Изложенный впредлагаемом способе прием ориентирования плоскости, в которой лежат оси телесных углов, ранее не применялся (длярешения поставленной задачи), в силу чегопредлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "существенные отличия",Способ осуществляется следующим образом,Измерения проводят с помощью аппаратуры ГГК с управляемым с поверхностиприжимом зонда ГГК к стенке скважины.Скважинный прибор имеет специальную головку, позволяющую поворачивать приборотносительно бронированного кабеля нааэимутальный угол от 0 до 360 при освобождении зонда от прижима, и устройствовращения плоскости зонда с осью вращения перпендикулярной оси прибора (для изменения угла а между плоскостью зонда иосью скважинного прибора в пределах от 0до + 90), Последнее осуществляется перемещением источника гамма-излучения вместе с коллиматором по окружности плавноили дискретно вокруг оси коллиматора детектора, составляющей с осью скважинногоприбора прямой угол, так, чтобы сохраня. лась геометрия измерений зонда ГГК(длиназонда, величина и углы наклона осей телесных углов), выбранная по способу-прототипу. Обе операции - поворот скважинногоприбора на аэимутальный угол относительно кабеля и изменение положения плоскости зонда ГГК осуществляется сигналамиуправления по кабелю,Алгоритмы ориентировки плоскостизонда по напластованию пород разреза (параллельно плоскости напластования).Общий случай - положение плоскостинапластования пород разреза в пространстве неизвестно.1. Перед измерениями в скважине плоскость зонда ГГК устанавливают перпендикулярно оси скважинного прибора (а" 0),2. Выполняют гамма-гамма каротажприжатым зондом по произвольной образующей стенки скважины (азимутальное положение 1, фиг, 4), выделяют пласт породы.отличающийся аномалией и определяют егограницы.3. Последовательно поворачивают скважинный прибор (освобождая его от прижима зонда) на аэимутальные углы 120(аэимутальное положение 2) и 240 (азиму 5 10 15 к = агср 20 25 30 35 40 45 50 55 тальное положение 3) относительно первоначального положения 1 и при каждом положении прибора восстанавливают прижим зонда ГГК, выполняют каротаж и выделяют тот же пласт породы (фиг. 4).4. По результатам каротвжа по трем образующим стенки скважины определяют положение границ пласта и величины максимального - Л Ниах и минимального - Л Нюо смещений одной и той же границы пласта по оси глубин (фиг. 4),5, Угол между плоскостью напластования пород и осью скважины, а равно и угол а, под которым необходимо расположить плоскость зонда по отношению к оси прибора, определяются формулой;2 ЬНеах Робсон 2 агс 1 д - 1-2пах где О - диаметр скважины, определяемый по данным кавернометрии (диаметрометрии) скважины.6. Угол азимутального доворота фскважинного прибора от образующей стенки скважины, на которой зафиксирована средняя из глубины граница пласта, до образующей, по которой нужно вести каротаж, определится формулой; 3Д = 2 агс 1 д - 1-23 ЬНвах 7. Освободив прибор от прижима, аэимутально поворачивают его на образующуюстенки скважины, отстоящую от образующей, на которой зафиксирована средняя иэглубин границы пласта, на угол Р. Плоскостьзонда располагают под углом а к оси прибора и, восстановив прижим прибора, проводят каротаж при ориентировке плоскостизонда параллельно напластованию породразреза (фиг. 4),В частном случае, когда угол паденияили азимут падения пород известен, ориентировка плоскости зонда ГГК упрощается.Например, в вертикальной скважине приа = 0 - залегание пород гориэонтальное -плоскость зонда ГГК устанавливают перпендикулярно оси скважинного прибора(а = 0) и проводят каротаж,Примеры выполнения предлагаемогоспособа гамма-гамма каротажа в сравнениисо способом-прототипом.1. Результаты измерений, приведенныена фиг. 2, получены моделированием тонкослоистого разреза, состоящего из пластовугля и прослоев глины различной мощности, Измерения проведены коллимированным зондом ГГК 2,8 см (источник гамма-излучения - радионуклид америций, активность 74 ГБк, детектор-кристалл На(ТЦ, размером 10 х 10 мм), плоскость которого ориентирована (параллельна) по напластованию разреза (сплошные кривые) по предлагаемому способу и по способу-прототипу (пунктирные) - тот же зонд, но его плоскость пересекает плоскость напластования пород под прямым углом. Кривые фиг. 2 показывают, что как для пластов угля (1), так и для глины (2) аномалии рассеянного гаммэ-излучения достигают величины насыщения, соответствующей неограниченной мощнос, и пласта (прослоя), при значительно меньших по мощности прослоях глины и, что более важно, при значительно меньших по мощности пластах угля. При этом величина аномалии на угле многократно превышает эту величину для способа-прототипа: так, для пласта угля 1 см мощностью, отношение величин аномалий составляет 0,9:0,1 для предлагаемого способа и способа-прототипа, а для прослоя глины той же мощности это соотношение составляет 0,18:0,11.2, Результаты каротажэ разведочной скважины по разрезу месторождения сланцев тем же зондом ГГК длиной 2,8 см с записью диаграмм рассеянного гэммэ-излучения в масштабе глубины 1:20 приведены на фиг. 3. Из сравнения кривых, записанных по предлагаемому способу (фиг. З,а) и способу-прототипу (фиг. 3, б) видно, что диаграмма ГГК по предлагаемому способу позволяет выделять глинистые известняки (и даже отдельные тонкие пласты и прослои среди них) и отличать их от известняков, четко разделять пласты горючих сланцев и высокозольных горючих сланцев, с высокой точностью определять их границы и мощность, По способу-прототипу интенсивность рассеянного излучения на известняках и глинистых известняках одного порядка и они практически не дифференцируются, высокозольные тонкие слои горючего сланца также не выделяются, мощность всех пластов и прослоев определяется с большей погрешностью, чем по предлагаемому способу.Формула изобретенияСПОСОБ ГАММА-ГАММА КАРОТАЖА, включающий выделение обьема внутри горной породы, определяемого коллимацией источника и детектора в заданных телесных углах, на установленном расстоянии друг от друга, при расположении осей телесных углов в заданной Предлагаемый способ ГГК практическиосуществлен на месторождениях горючих сланцев, а также диктионемовых сланцев.Последние весьма неоднородны, и исполь эовэние предлагаемого способа ГГК позволило детально расчленить диктионемовые сланцы, в частности, выделять среди них многочисленные тонкие прослои пиритиэировэнных песчаников (мощностью до долей 10 гэнгиметров).Область применения предлагаемогоспособа .эмма-гамма кэротажа включаетосадочные и метаморфические геологиче 15 ские разрезы, месторождения полезных ископаемых: горючих сланцев, бокситов,марганцевых руд, железа и др. Использование предлагаемого способа позволяет резко повысить детальность и точность20 литологического расчленения тонкослоистого разреза скважин, выделять самыетонкие, вплоть до долей сантиметра, пластыи прослои,25 На месторождениях углей и горючихсланцев, подготовляемых для шахтных разработок, самостоятельной целью разведки является поиск нарушений сплошности кровли угольных (сланцевых) пластов, свя занных с наличием в породах кровли рабочих пластов тонких проплэстков угля, углистых пород (сланцевых пропластков), глин, по которым может происходить обрушение кровли при разработке пласта угля 35 (горючего сланца), Поэтому выделение таких тонких пропластков в породах кровли рабочих пластов необходимо при разведке, Кроме того, на угольных месторождениях многие пласты углей по мощности находят ся на грани кондиционных(например в Донбассе), на месторождениях горючих сланцев - также(например в Прибалтийском бассейне). В этих условиях необходимо выделять тонкие прослои и включения углистых (слан целых) пород, пустых пород в пластах углей(горючих сланцев). чтобы определить их кондиционность либо некондиционность. Таким образом, предлагаемый способ гамма-гамма-каротажа имеет первостепен ное значение на месторождениях углей игорючих сланцев.плоскости, регистрацию в процессе ка ротажа рассеянного гамма-излучения,отличающийся тем, что, с целью повы шения детальности излучения тонкослоистого разреза при одновременном повышении чувствительности, в процессе каротажа ориентируют плоскость расположения осей телесных углов распростПИВШИ С 33 3 1823605 10 оставитель Л, Тороповехред М.Моргентал Редактор Корректор М, Самборска Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 аказ 210 но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 роизво ранения первичного и регистрируемого рассеянного гамма-излучения параллельно напластованию пород разреза скважины.