Е.М. Кадисов, Г.А. Калмыков, Н.Л. Кашина, В.В. Миллер, Н.Е. Лазуткина (ВНИИгеосистем), И.П. Зинатуллина (ТатНИПИнефть)

Для интерпретации материалов геофизических исследований скважин, фиксирующих взаимодействие нейтронов с ядрами элементов горных пород, необходимо знание нейтронных характеристик каждого основного компонента пласта, т.е. скелета (матрицы) породы, а также нефти, воды и газовой фазы, составляющих пластовый флюид. Использование этих характеристик позволяет решать нейтронными методами следующие задачи, возникающие при разведке, разработке и доразведке нефтяных и газовых месторождений: 1) расчленение разреза по вещественному составу и газоводонефтенасыщенности; 2) количественное определение коллекторских характеристик горных пород; 3) оценка начальной, текущей и остаточной нефтенасыщенности; 4) контроль перемещения пластовых вод, выявление интервалов обводнения пластов и положения водонефтяного контакта; 5) определение поглощающих и неработающих пластов и т.д. [2]. К нейтронным параметрам горных пород относятся длина пробега, время замедления нейтронов и диффузионные характеристики. Эти параметры в свою очередь зависят от макросечения взаимодействия нейтронов с окружающей средой. Макросечение определяется микросечением каждого отдельного элемента горной породы и его концентрацией.

Sпл = (1-Кп)Sск + КпКнSн + Кп(1-Кн)Sв, (1)

где Sпл, Sск, Sн, Sв - макросечение поглощения тепловых нейтронов в пласте, скелете породы, нефти и воде соответственно; Кп, Кн - коэффициент пористости и нефтенасыщенности соответственно.

Химический состав нефти обычно известен, состав пластовой воды или нагнетаемой в скважину жидкости тоже известен, поэтому Sн и Sв легко рассчитываются. Значение коэффициента пористости получают при обработке материалов стандартного комплекса. Основная проблема возникает с установлением макросечения поглощения тепловых нейтронов в скелете породы.

В практике геофизических работ сначала определяют элементный состав образца керна силикатным или другим видом анализа, а затем пересчитывают его в Sск по формуле [5]:

Непосредственное же измерение в скважине макросечения поглощения тепловых нейтронов в скелете породы очень трудоемко [5]. Поэтому авторы предприняли попытку решить эту проблему путем получения информации о Sск косвенным способом.

Для численной оценки макросечения поглощения тепловых нейтронов в скелете породы предлагается использовать результаты спектрометрического гамма-каротажа естественной радиоактивности (ГК-С), исходя из предположения о корреляционной связи между концентрациями естественных радиоактивных элементов с элементами, определяющими значение Sск .

Как известно, Sск зависит от содержания породообразующих элементов и микроэлементов с высоким сечением поглощения тепловых нейтронов: В, Gd, Sm, Eu, Cd и др. [2].

Во ВНИИгеосистем разработана установка нейтронно-радиационного анализа (НРА), позволяющая определять элементы, вносящие существенный вклад в макросечение поглощения тепловых нейтронов [3]. На этой установке проводились измерения концентрации элементов в образцах керна терригенных отложений девона Чишминской площади (Южно-Татарский свод), вскрытых скв. 6912д (таблица).

Измеренные значения Sск варьируют в интервале от 0,49 до 4,89 м-1. Минимальное значение соответствует окварцованным алевролитам с максимальным содержанием Si и минимальным всех остальных элементов (образцы 7 и 8). При переходе от алевролитов с глинистыми включениями к аргиллитам Sск увеличивается, при этом повышается алюмокремневое отношение, возрастают содержания К, Fe и микроэлементов. Вклады микроэлементов в макросечения поглощения тепловых нейтронов в скелете породы представлены на рис. 1. Вклады В, Gd, Sm в Sск составляют от 20 до 75 %. Минимальное значение вклада микроэлементов характерно для чистых алевролитов, а максимальное соответствует аргиллитам. Основной вклад в значение Sск вносит В -до 65 %. Вклад в аргиллитах редкоземельных элементов составляет 10-11 %.

В этих же образцах керна были проведены измерения концентраций естественных радиоактивных элементов: U, Th, К (см. таблицу). Виден рост концентраций Gd, Sm, В при увеличении содержаний Th и К. Коэффициенты парной корреляции между концентрациями Gd, Sm, В и, например, Th равны соответственно 0,965, 0,965 и 0,987.

С.Р. Тейлор и С.М. Мак-Леннан показали, что хорошая корреляция между лантаноидами и Th обусловлена их сходным поведением в процессе седиментации [4]. Идентичность поведения Sm и Gd в исследуемых породах можно проследить по данным, приведенным в таблице. Таким образом, выявленные зависимости Th-Gd и Th-Sm должны проявляться для всех осадочных пород.

Основными носителями В в глинах являются сорбирующие его гидрослюды, минералы группы монтмориллонита и отчасти каолинит [1]. Гидрослюды активно сорбируют также торий. Поэтому для терригенных отложений пашийско-кыновского времени с большим количеством гидрослюд в пелитовой фракции закономерна тесная корреляция B-Th.

Для оценки возможности использования концентраций К, Th, U при расчете Sск были построены графики зависимости концентраций этих элементов от величины макросечения скелета пород (рис 2).

При анализе данных о распределении концентраций К, Th, U видно, что при изменении Sск на порядок (от 0,49 до 4,89) концентрация К изменяется от 0,1 до 4,5; Th – от 2 до 11, U - от 0,4 до 1,8, при этом максимальное значение U соответствует Sск = 3 м^-1, т.е. зависимость между Sск и содержанием U статистически слабая, а с К и Th практически функциональна (коэффициенты корреляции 0,979 и 0,981 соответственно). Кроме того, U накапливается в органических остатках, переносится при движении флюидов, т.е. его нельзя использовать для расчета характеристик, связанных со скелетом породы.

Исходя из перечисленных аргументов были рассчитаны Sск для пород разреза скв. 6912д по концентрациям К и Th, полученным в ходе обработки материалов ГК-С (рис. 3).

На глубине от 1765 до 1792 м кривая Sск повторяет конфигурацию интегральной кривой. Это объясняется тем, что основной вклад в общую радиоактивность этих отложений дают излучения К и Th.

Существенные отличия между интегральной кривой и диаграммой Sск видны выше отметки 1765 м. Это обусловлено тем, что в семилукских отложениях встречаются битумонасыщенные пласты с повышенным содержанием U.

Для проверки предложенной методики было проведено сравнение значений Sск, рассчитанных по данным ГК-С и полученных посредством измерений в образцах керна (рис.4). Видна хорошая сходимость величин макросечений скелета пород. Этот вывод подтверждает коэффициент парной корреляции, равный 0,98.

Таким образом, полученные материалы свидетельствуют о принципиальной возможности расчета макросечения поглощения тепловых нейтронов в скелете горных пород непрерывно по стволу скважины на основе обработки материалов ГК-С. Такой методический подход позволит интерпретировать результаты любого нейтронного каротажа непосредственно после исследований и учитывать изменение Sск по всему разрезу пласта.

1. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Кожевников Д.А. Петрофизика: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1991.
2. Кожевников Д.А. Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии. - М.: Недра, 1982.
3. Нейтронно-радиационный анализ /В.И. Гума, А.М. Демидов, В.А. Иванов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. Тейлор С.Р., Мак-Леннан С.М. Континентальная кора, ее состав и эволюция. -М.: Мир, 1988.
5. Физические основы импульсных нейтронных методов исследования скважин /Ю.С. Шимелевич, С.А. Кантор, А.С. Школьников и др. - М.: Недра, 1976.

То interpret a neutron log data it is useful to know macroscopic cross section for sedimentary rock formation matrix. 14 core samples from terrigenic devon sediments of south tartar dome were analyzed with the aid of prompt neutron gamma. Concentrations of all elements giving sensitive yield were computed to get formation matrix macroscopic cross section. It was found that В and Gd yielded up to 75 % of formation matrix macroscopic cross section in clay shales. In sandstones corresponding yield is more than 20 %. The same samples were analyzed for natural gamma ray elements. Correlations are found between B, Sm, Gd on one part and К and Th on the other. Computed regression between К and Th and formation matrix macroscopic cross section. Correlation coefficients are 0.98 for both elements. Upon natural gamma ray log concentrations taken in borehole 6912d formation matrix macroscopic cross section were computed. These data are in good correlation with corresponding core data.

Примечания. 1. Образцы 1-3, 9-14 – тонкоотмученные, слоистые, плитчатые аргиллиты, 4, 5 – переходные от аргиллитов к алевролитам, 7, 8 – алевролиты с окварцеванием.

2. Измерения на установке НРА проведены Б.А. Беленьким, плотности и содержания естественных радиоактивных элементов – А.Г. Румянцевой.

1 - В + Gd + Sm; 2 - Gd + Sm; 3 - В; Q - расчетное значение Sск чистого кварца, равное 0,42, с нулевым содержанием микроэлементов [2]

Общая интенсивность зарегистрированного гамма-излучения – "интегр". Значения Sск рассчитывались отдельно по К и Th с последующим усреднением. Минимальные значения Sск характерны для пласта коллектора D1 (1786-1787 м), репер "Аяксы" (1768-1770 м), макcимальные – кыновских глин (1770-1782м).