Спосіб визначення вологості піщано-глинистих ґрунтів у зоні аерації на основі нейтрон-нейтронного каротажу

Спосіб визначення вологості піщано-глинистих ґрунтів у зоні аерації на основі нейтроннейтронного каротажу, який полягає в опроміненні ґрунту швидкими нейтронами, дискретній реєстра 3 ше частково заповнені водою (решту об'єму пор займає повітря). 3. Не враховано глинистості ґрунту та мінерального складу глин вздовж свердловинного розрізу. Недоліки 1-3 призводять до неконтрольованих систематичних похибок, які знижують точність визначення вологості. Задачею корисної моделі є підвищення достовірності і точності визначення вологості піщаноглинистих ґрунтів в зоні аерації. В основу корисної моделі поставлено задачу визначити вологість піщано-глинистих ґрунтів у зоні аерації шляхом використання нейтроннейтронного каротажу, який полягає в опроміненні ґрунту швидкими нейтронами, дискретній реєстрації повільних нейтронів (наприклад, через кожні 0,5 м з експозицією 10 с при підйомі приладу ННК в свердловині) та отриманні вологості за градуювальною залежністю показань приладу від значень вологості. Відмінність від найближчого аналога, в якого градуювальну залежність отримують за допомогою набору моделей, що імітують вологість (щільно укладені пластини із плексигласу і алюмінію з різним співвідношенням між компонентами), в запропонованій корисній моделі градуювальну залежність отримують на основі піщаної фізичної моделі з типовою для реальних ґрунтів пористістю 40 % при різному водонасиченні - від піску вологістю W/v  3 % до повного водонасичення при W v  40 %. При цьому поправку за відмінність реальної пористості ґрунту від модельної та різну водонасиченість пор ґрунту в зоні аерації враховують за допомогою густинного фактора, отриманого на основі визначення густини ґрунту на основі даних гамма-гамма каротажу" а поправку за вклад хімічно зв'язаної води глинистих мінералів у шукану вологість отримують на основі гамма-каротажу. Це забезпечує технічний результат корисної моделі - підвищення достовірності і точності визначення вологості піщано-глинистих ґрунтів в зоні аерації шляхом врахування зміни пористості і водонасичення ґрунту вздовж свердловинного розрізу і врахування хімічно зв'язаної води в глинистому компоненті. Розв'язання поставленої задачі досягається наступними діями. (а) Градуювальну залежність отримують за допомогою моделей пластів на основі кварцового піску постійної пористості з різним коефіцієнтом водонасиченості; На фіг. 1 представлена залежність показань приладу ВПГР-1, виражених у відносних ("водяних") одиницях, від вологості піщаного (неглинистого) ґрунту. Градуювальна залежність отримана за допомогою комплексу фізичних і натурних моделей з кварцового піску пористістю 40 %. (б) Зміну пористості і водонасиченості ґрунту вздовж свердловинного розрізу, що тісно пов'язана зі зміною густини породи, враховують за допомогою введення емпіричного поправочного фактора до показань приладу ННК: I  f I0 , (1) 66364 4 де I0, імп./с - швидкість лічби нейтронів (показання приладу ННК); ρ - густина ґрунту, визначена методом ГГК; f - поправочний фактор, який для приладу ННК з доінверсійним зондом має вигляд: f    / 1/ 2 , (2)  - середня густина ґрунту вздовж свердловинного розрізу в зоні аерації. Підхід (1) - (2) до врахування ефекту зміни пористості ґрунту вздовж розрізу через емпіричний густинний фактор використаний нами за аналогією з роботою [3]. В ній замість параметрів  і  , які отримують геофізичним методом ГГК, були вжиті  d і d - густина сухого ґрунту і середня густина сухого ґрунту, відповідно, отримані шляхом лабораторних досліджень. Для порівняння підходів з використанням параметрів  і  чи  d і d були виконані розрахунки, що моделюють показання приладу НК. Розглянуто модель піщаного ґрунту з типовою для приповерхневих порід пористістю 40 % (ρd=1,59 3 г/см ) та з можливими відхиленнями від типової 3 пористості ±10 % (ρd=1,85 і 1,32 г/см , відповідно). Коефіцієнт водонасичення складав від 0 до 100 % для кожної з пористостей 30,40 і 50 %. Якщо отримані значення показань приладу ННК від вологості для кожної пористості помножити на густинний фактор (2) і на аналогічний фактор з використанням  d і d , то отримаємо залежності 1 і 2, відповідно (див. фіг. 2). Залежності 1 і 2 практично однакові (максимальна різниця по вологості ~ 1 %) і відповідають пористості ґрунту 40 % з різним водонасиченням, що характерно для приповерхневих порід в зоні аерації. Проте використання густин  і  , отриманих геофізичним методом ГГК, має значні переваги перед використанням "сухих" густин  d і d , отриманих лабораторним шляхом. Густинний фактор f    /  носить компенсаційний характер і приводить показання приладу для відносно широкого інтервалу пористості ~ (3050) % і відповідної вологонасиченості до єдиної залежності. Практично це означає, що відкориговані показання приладу в свердловинному розрізі можна інтерпретувати за допомогою єдиної градуювальної залежності (фіг. 1), отриманої на фізичних моделях піску з типовою пористістю 40 %. (в) Поправку до вологості за вміст хімічно зв'язаної води отримують на основі визначення глинистості методом ГК і апріорних даних про склад глинистих мінералів. Врахування глинистості здійснюється наступним чином [4]. Об'ємний вміст хімічно зв'язаної води глинистих мінералів у ґрунті W x.з.в. визначається як Wх.з.в.  глkгл , (3) де k гл - коефіцієнт об'ємної глинистості, що визначають за ГК; 5 гл - водневий індекс глин, який можна оцінити за апріорними даними. Значення водневого індексу глин гл залежить від типу глинистих мінералів, який визначають лабораторним шляхом. В більшості випадків глини приповерхневих порід представлені сумішшю основних глинистих мінералів: приблизно 1/3 частина гідрослюд, 1/3 каолініту і 1/3 монтморилоніту. Тоді середнє значення водневого індексу глини складає гл  0,2 . Процедура внесення поправки за вміст хімічно зв'язаної води описується адитивним рівнянням: HHK WV  WV ГГК  Wх.з.в. , (4) HHK ГГК де WV - нейтронна вологість з врахуванням густинного фактора; WV - загальна об'ємна вологість ґрунту з вра хуванням зміни його густини і хімічно зв'язаної води. Конкретну реалізацію запропонованого способу, яку поетапно продемонстровано на фіг. 3, здійснюють наступним чином. 1) Отримують показання приладу ННК І0, імп./с (швидкість лічби імпульсів) через кожні 0,5 м. 2) Визначають позірну вологість (діаграма 1 на фіг. 3) ґрунту згідно з інтерпретаційною залежністю. 3) Використовують дані ГГК по густині породи в тих же точках для побудови інтерпретаційного параметра (1) і отримують по інтерпретаційній залежності (див. фіг. 1) діаграму 2, що враховує зміну пористості вздовж досліджуваного розрізу. 4) Використовують дані ГК для визначення коефіцієнта глинистості k гл і відомі або прийняті 66364 6 значення водневого індексу для отримання, згідно з (3), фіктивної вологості ґрунту, пов'язаної з вмістом хімічно зв'язаної води. 5) За формулою (4) визначають загальну вологість піщано-глинистого ґрунту в зоні аерації з врахуванням густинного фактора і хімічно зв'язаної води (діаграма 3 на фіг. 3). Порівняння кінцевих результатів інтерпретації свердловинних вимірювань приладами радіоізотопного каротажу (діаграма 3 на фіг. 3) з даними незалежних (лабораторних) вимірювань вологості вздовж розрізу (крупні точки, фіг. 3) свідчить про високу точність і ефективність запропонованого способу. Технічним результатом корисної моделі є підвищення достовірності і точності визначення вологості піщано-глинистих ґрунтів в зоні аерації шляхом врахування зміни пористості ґрунту вздовж свердловинного розрізу і хімічно зв'язаної води в глинистому компоненті. Джерела інформації: 1. Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика. / Под ред. О. Л. Кузнецова и А. Л. Поляченко. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990.-318 с. 2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Влагомер поверхностно-глубинный радиоизотопный ВПГР-1 / Изд. "Полтава", 1982.-43 с. 3.Greacen E.L., Schrale G.The effect of bulk density on neutron meter calibration // Australian Journal of Soil Research, 1976, № 14,P. 159-169. 4. Бондаренко M.C., Кармазенко В. В., Кашуба Г. А., Кулик В. В. Определение пористости глинистых пород в обсаженных нефтегазовых скважинах с помощью радиоактивного и акустического каротажа // Геофиз. журн., 2010, т. 32, № 2, С. 110-120. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 66364 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601