Кітапхана әзірге орыс тілінде. Ағылшын және қазақ тілдеріндегі нұсқалары кейінірек қосылады.

ГИС и петрофизикаПористость и литология Тереңдетілген 23 мин оқу

Литология по фотоэлектрическому индексу и спектрометрии

Литология по фотоэлектрическому индексу и спектрометрии — определение минерального состава породы по измерениям, которые отражают её состав почти независимо от пористости. Фотоэлектрический индекс $P_e$ литоплотностного каротажа (photoelectric factor) зависит от атомных номеров элементов и отличает кварц, доломит, кальцит и тяжёлые минералы, а вместе с плотностью — и ангидрит. Спектрометрический гамма-каротаж (СГК, spectral gamma ray) делит естественную радиоактивность на калий, торий и уран и показывает, чем она вызвана: глинистыми минералами, слюдами, полевыми шпатами или органическим веществом. Вместе с плотностным и нейтронным каротажем эти данные дают пористость и доли двух-трёх минералов скелета там, где одних методов пористости мало.

Не үшін қажет

Методы пористости различают основные минералы плохо: для плотностного и акустического каротажа замена кварца кальцитом выглядит почти как небольшое изменение пористости, а когда минералов три-четыре, состав по кросс-плотам неоднозначен (Литология и пористость по кросс-плотам). У кварца, доломита и кальцита $P_e$ различается почти втрое, а пористость сказывается на нём слабо. Поэтому литоплотностной каротаж отвечает на вопросы, от которых зависят пористость, проницаемость и выбор интервалов: какой в песчанике цемент — кальцитовый или доломитовый, где в карбонате доломит и где ангидрит. Спектрометрия отвечает на другой вопрос — что именно в породе радиоактивно — и защищает от ошибок в глинистости: аркозовый песчаник, отнесённый по гамма-каротажу (ГК) к глинам, — пропущенный коллектор, а уран в сланце — подсказка о нефтематеринской породе.

Алдымен оқыңыз:Литология и пористость по кросс-плотам

Қысқаша негізгісі

$P_e$ отнесён к одному электрону, поэтому по объёмам смешивается не он, а объёмное сечение $U = P_e\rho_e$ . $P_e$ породы — среднее, взвешенное по числу электронов: вода весит вдвое меньше своего объёма, газ — почти ничего. Поры снижают $P_e$ лишь немного, и он указывает на минерал скелета.
На кросс-плоте «плотность — $P_e$ » линии минералов почти вертикальны: плотность отвечает за пористость, $P_e$ — за состав. Для двух известных минералов задача линейна в координатах $\rho_b$ и $U$ и решается точно.
Кажущиеся плотность $\rho_{maa}$ и объёмное сечение $U_{maa}$ скелета — продолжение луча из точки флюида через точку породы до нулевой пористости. Обе величины смешиваются по объёмам, поэтому смесь кварца, кальцита и доломита лежит внутри их треугольника, и положение в нём — объёмные доли.
На плоскости $U_{maa}$ — $\rho_{maa}$ газ поднимает точку почти вертикально, тяжёлые минералы уводят её вправо, ангидрит лежит ниже и правее кальцита, глины — ниже доломита; каверны точку не сдвигают. Барит в растворе делает $P_e$ непригодным.
Калий и торий смешиваются по массе: порода, радиоактивность которой создаёт один минерал, лежит на прямой Th/K = const через начало координат. Отношение растёт от полевых шпатов (меньше 0,5) через глауконит (около 1), слюды и иллит (около 1–4) и смектит к каолиниту и хлориту (больше 10).
Уран осаждается органическим веществом в бескислородной среде и переносится подземными водами. Его связь с содержанием органического углерода калибруют по керну; уран в трещинах, стилолитах и отложениях на трубах к органике отношения не имеет.

Негізгі қатынастар

U = P_e\,\rho_e = \sum_i V_i U_i

объёмное сечение смешивается по объёмам компонентов

P_e = \dfrac{\sum_i V_i\rho_{e,i}P_{e,i}}{\sum_i V_i\rho_{e,i}}

фотоэлектрический индекс — среднее по электронам

\rho_{maa} = \dfrac{\rho_b - \phi_{ta}\rho_f}{1 - \phi_{ta}}

кажущаяся плотность скелета

U_{maa} = \dfrac{P_e\rho_e - \phi_{ta}U_f}{1 - \phi_{ta}}

кажущееся объёмное сечение скелета

\mathrm{K} = \sum_j w_j\mathrm{K}_j,\quad \mathrm{Th} = \sum_j w_j\mathrm{Th}_j

калий и торий породы — средние по массовым долям минералов

Жиі қателіктер

Усреднять $P_e$ по объёмам скелета и флюида.
Читать $P_e$ и $U_{maa}$ при растворе, утяжелённом баритом.
Брать для фильтрата плотность и $U$ пресной воды, когда он минерализован.
Считать глинистость полевошпатового песчаника по калию или по ГК без урана.
Принимать отношение Th/K за однозначный диагноз типа глин.

Сабақтан кейін сіз

объяснить, почему $P_e$ породы с порами — среднее по числу электронов, а не по объёмам, и рассчитать $P_e$ и объёмное сечение $U$ смеси минералов и флюида;
найти пористость и доли двух известных минералов по плотности и $P_e$ и проверить выбор минералов по нейтрон-плотностному кросс-плоту;
рассчитать кажущиеся плотность и объёмное сечение скелета и по ним доли кварца, кальцита и доломита; узнать на этом кросс-плоте газ, глины, ангидрит и тяжёлые минералы;
назвать условия, при которых $P_e$ и кажущиеся параметры скелета искажаются: барит, минерализованный фильтрат, неровная стенка, железистые минералы, разное разрешение кривых;
по калию и торию отличить глинистые минералы, слюды и полевые шпаты, оценить глинистость и долю полевого шпата в аркозовом песчанике;
объяснить, почему уран указывает на органическое вещество и пути подземных вод, и как его связь с содержанием органического углерода калибруют по керну.

Фотоэлектрический индекс породы: смешиваются электроны, а не объёмы

Фотоэлектрический индекс $P_e$ — сечение фотопоглощения гамма-квантов в расчёте на один электрон, в барнах на электрон (как его измеряют). Прибор чувствует, сколько квантов поглощается на единице пути, а это число пропорционально произведению числа электронов в единице объёма на сечение одного электрона — объёмному сечению $U = P_e\rho_e$ (volumetric photoelectric cross section, барн/см³). Индекс $P_e$ , который записывается на диаграмме, — это $U$ , делённое на электронную плотность $\rho_e$ породы, найденную по плотностному измерению того же прибора.

Отсюда правило смешения. Каждый компонент породы — минерал, вода, нефть, газ — с объёмной долей $V_i$ вносит в поглощение $V_iU_i$ , а в число электронов — $V_i\rho_{e,i}$ . Поэтому по объёмам складывается $U$ , а $P_e$ — отношение двух объёмных сумм, то есть среднее, взвешенное по доле электронов каждого компонента.

Фотоэлектрический индекс смеси — среднее по электронам

P_e = \frac{\sum_i V_i\,\rho_{e,i}\,P_{e,i}}{\sum_i V_i\,\rho_{e,i}} = \frac{U}{\rho_e}, \qquad U = \sum_i V_i U_i

мұндағы:

$V_i$ объёмная доля $i$ -го компонента породы (минерала или флюида); сумма долей равна единице, доли единицы
$\rho_{e,i}$ индекс электронной плотности компонента: $\rho_{e,i} = (\rho_i + 0{,}1883)/1{,}0704$ , где $\rho_i$ — его плотность в показаниях прибора, г/см³
$P_{e,i},\ U_i$ фотоэлектрический индекс и объёмное сечение компонента, $U_i = P_{e,i}\rho_{e,i}$ , барн/электрон; барн/см³
$\rho_e = \sum_i V_i\rho_{e,i}$ индекс электронной плотности породы, г/см³

Бірліктер: $P_e$ — барн/электрон, $U$ — барн/см³, $\rho_e$ — г/см³ (как мера числа электронов в единице объёма)

Мына жағдайда орындалады

компоненты однородно перемешаны в небольшом объёме за стенкой скважины, который видит прибор;
электронная плотность каждого компонента взята по калибровке прибора (известняк с пресной водой), поэтому объёмы смешиваются так, как их видит прибор;
барита и тяжёлых минералов в корке и растворе нет.

Вес компонента в $P_e$ — его доля электронов $V_i\rho_{e,i}/\rho_e$ , а не доля объёма. У воды электронов в единице объёма вдвое меньше, чем у минералов, поэтому её вес вдвое меньше её объёма, у газа он почти нулевой. Минералы с близкой электронной плотностью — кварц, кальцит, доломит — смешиваются по $P_e$ почти так же, как по объёмам.

Фотоэлектрический индекс, плотность и объёмное сечение веществ (модель урока)

Вещество: Кварц
$P_e$ , барн/эл.: 1,81
$\rho$ , г/см³: 2,65
$\rho_e$ , г/см³: 2,652
$U$ , барн/см³: 4,80

Вещество: Кальцит
$P_e$ , барн/эл.: 5,08
$\rho$ , г/см³: 2,71
$\rho_e$ , г/см³: 2,708
$U$ , барн/см³: 13,76

Вещество: Доломит
$P_e$ , барн/эл.: 3,14
$\rho$ , г/см³: 2,87
$\rho_e$ , г/см³: 2,857
$U$ , барн/см³: 8,97

Вещество: Ангидрит
$P_e$ , барн/эл.: 5,05
$\rho$ , г/см³: 2,98
$\rho_e$ , г/см³: 2,960
$U$ , барн/см³: 14,95

Вещество: Каменная соль
$P_e$ , барн/эл.: 4,65
$\rho$ , г/см³: 2,03
$\rho_e$ , г/см³: 2,072
$U$ , барн/см³: 9,64

Вещество: Гипс
$P_e$ , барн/эл.: 3,99
$\rho$ , г/см³: 2,35
$\rho_e$ , г/см³: 2,371
$U$ , барн/см³: 9,46

Вещество: Калиевый полевой шпат
$P_e$ , барн/эл.: 2,86
$\rho$ , г/см³: 2,53
$\rho_e$ , г/см³: 2,539
$U$ , барн/см³: 7,26

Вещество: Сидерит
$P_e$ , барн/эл.: 14,7
$\rho$ , г/см³: 3,84
$\rho_e$ , г/см³: 3,76
$U$ , барн/см³: 55

Вещество: Пирит
$P_e$ , барн/эл.: 17,0
$\rho$ , г/см³: 4,99
$\rho_e$ , г/см³: 4,83
$U$ , барн/см³: 82

Вещество: Барит
$P_e$ , барн/эл.: 267
$\rho$ , г/см³: 4,10
$\rho_e$ , г/см³: 4,01
$U$ , барн/см³: 1070

Вещество: Пресный фильтрат
$P_e$ , барн/эл.: 0,358
$\rho$ , г/см³: 1,00
$\rho_e$ , г/см³: 1,110
$U$ , барн/см³: 0,397

Вещество: Рассол NaCl, 120 г/кг
$P_e$ , барн/эл.: 0,81
$\rho$ , г/см³: 1,09
$\rho_e$ , г/см³: 1,19
$U$ , барн/см³: 0,96

Вещество: Метан, 0,13 г/см³
$P_e$ , барн/эл.: 0,095
$\rho$ , г/см³: −0,01
$\rho_e$ , г/см³: 0,162
$U$ , барн/см³: 0,015

Вещество	$P_e$ , барн/эл.	$\rho$ , г/см³	$\rho_e$ , г/см³	$U$ , барн/см³
Кварц	1,81	2,65	2,652	4,80
Кальцит	5,08	2,71	2,708	13,76
Доломит	3,14	2,87	2,857	8,97
Ангидрит	5,05	2,98	2,960	14,95
Каменная соль	4,65	2,03	2,072	9,64
Гипс	3,99	2,35	2,371	9,46
Калиевый полевой шпат	2,86	2,53	2,539	7,26
Сидерит	14,7	3,84	3,76	55
Пирит	17,0	4,99	4,83	82
Барит	267	4,10	4,01	1070
Пресный фильтрат	0,358	1,00	1,110	0,397
Рассол NaCl, 120 г/кг	0,81	1,09	1,19	0,96
Метан, 0,13 г/см³	0,095	−0,01	0,162	0,015

$\rho$ — плотность в показаниях прибора, откалиброванного по известняку с пресной водой; у соли, гипса, барита и газа она отличается от истинной (2,165; 2,32; 4,50; 0,13 г/см³), а для метана формально отрицательна (почему). $\rho_e$ рассчитана из $\rho$ по калибровке, $U = P_e\rho_e$ . $P_e$ кварца, кальцита, доломита, ангидрита и соли — справочные значения, совпадающие с расчётом по атомным номерам; гипс (с кристаллизационной водой), полевой шпат (ортоклаз 2,56 г/см³), сидерит (3,89 г/см³), пирит, барит и рассол рассчитаны по составу. Для гипса справочные таблицы расходятся: в одних около 4,0, в других около 3,4. Формула $(Z/10)^{3{,}6}$ — приближение, и табличные значения, полученные иначе, могут от неё отличаться, но не настолько: гипс — это ангидрит с кристаллизационной водой, которая добавляет электроны почти без поглощения, поэтому при любом разумном законе поглощения его $P_e$ — около 0,79 от $P_e$ ангидрита, то есть около 4. В уроке — в таблице, на рисунках и в примерах — принято 3,99; для своего разреза значение проверяют по каротажу в мощных пластах гипса. Природные минералы содержат примеси, прежде всего железо, и их $P_e$ может отличаться на десятые доли.

Есептеу мысалыИзвестняк с пористостью 25 %:

P_e

по объёмам и по электронам

Бастапқы деректер (шартты)

Скелет: кальцит: $P_e = 5{,}08$ барн/электрон, $\rho_e = 2{,}708$ г/см³, $U = 13{,}76$ барн/см³
Поры: 25 % объёма, пресный фильтрат: $P_e = 0{,}358$ , $\rho_e = 1{,}110$ г/см³, $U = 0{,}397$ барн/см³

Шешім

Если бы $P_e$ смешивался по объёмам: $0{,}75\cdot 5{,}08 + 0{,}25\cdot 0{,}358 = 3{,}90$ барн/электрон — значение между доломитом и кальцитом.
Электроны: $\rho_e = 0{,}75\cdot 2{,}708 + 0{,}25\cdot 1{,}110 = 2{,}3085$ г/см³; на воду приходится $0{,}25\cdot 1{,}110/2{,}3085 = 0{,}120$ всех электронов — вдвое меньше её доли объёма.
Среднее по электронам: $P_e = (1 - 0{,}120)\cdot 5{,}08 + 0{,}120\cdot 0{,}358 = 4{,}51$ барн/электрон.
Проверка через объёмное сечение: $U = 0{,}75\cdot 13{,}76 + 0{,}25\cdot 0{,}397 = 10{,}42$ барн/см³ и $U/\rho_e = 4{,}51$ .

Жауап: Пористый известняк покажет

P_e \approx 4{,}51

барн/электрон, а не 3,90.

Бұл нені білдіреді. Смешение по объёмам ошибается на 0,61 барн/электрон — достаточно, чтобы принять высокопористый известняк за известковистый доломит. Правильный расчёт показывает, что четверть объёма пор снижает $P_e$ кальцита всего на 11 %: минерал по $P_e$ узнаётся и в пористой породе. Данные примера условные.

Что меняется, если…

…пористость растёт — $P_e$ снижается медленно: у кальцита с 25 % пор он 4,51 вместо 5,08, а $U$ падает почти пропорционально доле скелета;
…в порах вместо воды газ — $P_e$ немного растёт: электронов в порах становится ещё меньше (у известняка с пористостью 16 % и газом в 40 % пор промытой зоны — 4,85 вместо 4,74);
…фильтрат минерализован — $U$ флюида растёт с 0,40 до 0,96 барн/см³ (120 г NaCl на 1 кг) из-за хлора, и $P_e$ пористой породы становится немного выше;
…в объёме, который видит прибор, 1 % барита — $U$ известняка с пористостью 20 % почти удваивается, и $P_e$ тоже: 9,0 вместо 4,6.

Кросс-плот «плотность — фотоэлектрический индекс»

На этом кросс-плоте по горизонтали откладывают $P_e$ , по вертикали — объёмную плотность $\rho_b$ , тяжёлые породы внизу. Линия каждого минерала — точки пласта из этого минерала с пресным фильтратом в порах при пористости от нуля до 40 %. От нуля до 40 % пор плотность вдоль линии меняется на 0,65–0,75 г/см³, а $P_e$ — примерно на пятую часть своего значения. Поэтому линии идут круто, почти вертикально, и разнесены по горизонтали: кварц около 1,8, доломит около 3,1, кальцит около 5,1. Каменная соль (4,65; 2,03) и ангидрит (5,05; 2,98) лежат отдельно, а гипс (3,99; 2,35) попадает между линиями доломита и кальцита — и выглядит как пористая смесь двух карбонатов.

ЕсептеуКросс-плот «плотность —

P_e

» по модели урока (пресный фильтрат): линии кварца, доломита и кальцита с отметками пористости через 0,05 (подписи — в процентах), штриховые линии равной пористости кварц — кальцит, точки ангидрита, соли и гипса. Кружок — пласт из примера ниже на своей линии равной пористости 14 %; пустой ромб — где был бы тот же пласт, будь его цемент доломитовым.

Если два минерала известны, точку пласта читают так же, как на нейтрон-плотностном кросс-плоте: находят отрезок равной пористости, проходящий через точку, а по положению на нём — доли минералов. С калькулятором эту задачу решают точно: в координатах «плотность — $U$ » все компоненты смешиваются по объёмам, и уравнения линейны.

Пористость и два минерала по плотности и

P_e

\rho_b = V_1\rho_1 + V_2\rho_2 + \phi\rho_f, \qquad P_e\rho_e = V_1U_1 + V_2U_2 + \phi\,U_f, \qquad V_1 + V_2 + \phi = 1

мұндағы:

$V_1,\ V_2$ объёмные доли двух минералов в породе, доли единицы
$\phi$ пористость, доли единицы
$\rho_1,\ \rho_2,\ \rho_f$ плотности минералов и флюида в показаниях прибора, г/см³
$U_1,\ U_2,\ U_f$ объёмные сечения минералов и флюида, барн/см³
$\rho_e$ электронная плотность породы, $(\rho_b + 0{,}1883)/1{,}0704$ , г/см³

Бірліктер: плотности — г/см³, $U$ — барн/см³, $P_e$ — барн/электрон

Мына жағдайда орындалады

пласт чистый, оба минерала известны, поры заполнены жидкостью известной плотности и состава;
показания исправлены за условия измерений, барита в корке и растворе нет;
при газе в промытой зоне пористость получится завышенной (см. пример с газоносным известняком ниже).

Три линейных уравнения на три объёма. Кросс-плот решает их графически: отрезки равной пористости между линиями минералов — прямые в координатах $\rho_b$ и $U$ , при переходе к $P_e$ они слегка изгибаются. Доля второго минерала в скелете — $V_2/(V_1 + V_2)$ .

Есептеу мысалыЦемент кальцитовый или доломитовый?

Бастапқы деректер (шартты)

Пласт: песчаник с карбонатным цементом (по шламу), ГК низкий, поры заполнены пресным фильтратом
Показания: $\rho_b = 2{,}434$ г/см³; $\phi_N = 0{,}109$ в известняковых единицах; $P_e = 2{,}65$ барн/электрон
Плотность и $U$: кварц 2,65 г/см³ и 4,80 барн/см³; кальцит 2,71 и 13,76; доломит 2,87 и 8,97; фильтрат 1,00 и 0,397

Шешім

Нейтрон и плотность: $\phi_{D,ls} = \dfrac{2{,}71 - 2{,}434}{1{,}71} = 0{,}161$ . Пара «песчаник — известняк» даёт пористость 0,140 и 30 % кальцита в скелете, пара «песчаник — доломит» — 0,143 и 11 % доломита. Пористость почти одна, цемент неизвестен.
Какой $P_e$ дала бы каждая гипотеза (смешение по $U$ ): кальцитовый цемент — 2,66, доломитовый — 1,86 барн/электрон. Записано 2,65: цемент кальцитовый.
Прямое решение. Электронная плотность $\dfrac{2{,}434 + 0{,}1883}{1{,}0704} = 2{,}450$ г/см³, объёмное сечение $U = 2{,}65\cdot 2{,}450 = 6{,}49$ барн/см³.
Вычтя флюид ( $\rho_f = 1$ , $U_f = 0{,}397$ ), получим два уравнения для объёмов кварца $V_q$ и кальцита $V_c$ : $1{,}434 = 1{,}65V_q + 1{,}71V_c$ и $6{,}093 = 4{,}40V_q + 13{,}36V_c$ .
Отсюда $V_c = 0{,}258$ , $V_q = 0{,}602$ , пористость $1 - V_q - V_c = 0{,}140$ , доля кальцита в скелете 30 %.

Жауап: Пористость — 14 %, скелет — кварц с 30 % кальцитового цемента.

Бұл нені білдіреді. Нейтрон и плотность определили пористость при любой гипотезе о цементе, но не сам цемент: для них 30 % кальцита и 11 % доломита в кварце дают одну и ту же точку. $P_e$ различает эти составы сразу. Решение по $\rho_b$ и $U$ точно, если минералы выбраны верно и поры заполнены жидкостью; совпадение его пористости с нейтрон-плотностной проверяет оба допущения. Данные примера условные.

Пористость по плотности и $P_e$ полезно сравнить с нейтрон-плотностной. В чистом пласте с жидкостью при верно выбранных минералах они совпадают; если нет, пробуют другую пару минералов. Если же нейтрон-плотностная пористость заметно меньше, а кажущаяся плотность скелета по нейтрону и плотности меньше плотности скелета, найденного по $P_e$ , — в промытой зоне газ: он занижает плотность, а $P_e$ почти не меняет.

Минералы с близким

P_e

Кальцит (5,08) и ангидрит (5,05) по $P_e$ не различить — их разделяет плотность (2,71 и 2,98 г/см³). Доломит (3,14) похож на глины с $P_e$ около 3 — их различают ГК и нейтронный каротаж. Калиевый полевой шпат (2,86) похож на смесь кварца с доломитом. Гипс на этом кросс-плоте выглядит пористым доломитом с кальцитом, но выдаёт себя нейтронной пористостью около 0,5. Поэтому $P_e$ читают вместе с плотностью, нейтроном и ГК, а не в одиночку.

Кажущиеся параметры скелета: $\rho_{maa}$ и $U_{maa}$

Если минералов три, двух уравнений по плотности и $P_e$ не хватает: неизвестных четыре — три объёма минералов и пористость. Недостающее уравнение даёт нейтронный каротаж, а удобнее всего — пористость, прочитанная по кросс-плоту «нейтрон — плотность»: она почти не зависит от того, из каких минералов скелет (почему). Зная пористость, поры можно «вычесть» из показаний и получить кажущиеся параметры скелета (apparent matrix parameters) — какими были бы плотность и объёмное сечение породы без пор.

Кажущаяся плотность скелета

\rho_{maa} = \frac{\rho_b - \phi_{ta}\,\rho_f}{1 - \phi_{ta}}

мұндағы:

$\rho_{maa}$ кажущаяся плотность скелета (apparent matrix density), г/см³
$\rho_b$ объёмная плотность по каротажу, исправленная за условия измерений, г/см³
$\phi_{ta}$ кажущаяся общая пористость по кросс-плоту «нейтрон — плотность», доли единицы
$\rho_f$ плотность флюида в промытой зоне (пресный фильтрат — 1,00), г/см³

Бірліктер: г/см³; пористость — в долях единицы

Мына жағдайда орындалады

пласт чистый, поры заполнены жидкостью известной плотности;
кажущаяся пористость верна: ошибка в 0,01 сдвигает $\rho_{maa}$ примерно на 0,02 г/см³ (см. ниже).

Баланс масс, решённый относительно плотности скелета: если пористость и флюид угаданы верно, $\rho_{maa}$ — плотность смеси минералов скелета.

Кажущееся объёмное сечение скелета

U_{maa} = \frac{P_e\,\rho_e - \phi_{ta}\,U_f}{1 - \phi_{ta}}, \qquad \rho_e = \frac{\rho_b + 0{,}1883}{1{,}0704}

мұндағы:

$U_{maa}$ кажущееся объёмное сечение скелета, барн/см³
$P_e$ фотоэлектрический индекс по каротажу, барн/электрон
$\rho_e$ электронная плотность породы по плотностному измерению, г/см³
$U_f$ объёмное сечение флюида: 0,397 для пресного фильтрата, около 0,96 для рассола с 120 г NaCl на 1 кг, барн/см³

Бірліктер: барн/см³

Мына жағдайда орындалады

те же, что для $\rho_{maa}$ ; кроме того, в растворе и корке нет барита.

Баланс объёмных сечений: при верной пористости $U_{maa}$ — объёмное сечение смеси минералов скелета. Минералы различаются по $U$ в разы, а по плотности — на проценты, поэтому ошибка пористости искажает чтение по $U_{maa}$ гораздо меньше, чем по $\rho_{maa}$ (см. ниже).

У этих формул простой геометрический смысл. В координатах «плотность — $U$ » все компоненты смешиваются по объёмам, поэтому все породы одного скелета с разной пористостью лежат на отрезке от точки скелета к точке флюида, а пористость — доля пути от скелета к флюиду. Кажущиеся параметры — продолжение прямой из точки флюида через точку породы до нулевой пористости. Если кажущаяся пористость верна, получается точка скелета; если завышена — точка уходит дальше, если занижена — не доходит.

ЕсептеуПлоскость «плотность — объёмное сечение

U

» по модели урока: точки флюида и минералов, лучи из точки флюида к кварцу, доломиту и кальциту с отметками пористости 10–40 %, треугольник скелета. Кружок — пласт из примера ниже, штриховой луч ведёт от флюида через него к точке кажущихся параметров скелета внутри треугольника.

Откуда взять $\phi_{ta}$ . Точку пласта наносят на кросс-плот «нейтрон — плотность» с линиями песчаника, известняка и доломита и читают пористость по линиям равной пористости той пары, между линиями которой лежит точка. Для точек выше линии песчаника — газоносных пород и соли — принято брать пористость песчаника с тем же нейтронным показанием (вертикальная проекция на его линию). Всё это — допущение пласта с жидкостью в порах: в газоносном пласте кажущаяся пористость лишь приближённая.

На кросс-плоте $U_{maa}$ — $\rho_{maa}$ точки кварца (4,80; 2,65), кальцита (13,76; 2,71) и доломита (8,97; 2,87) образуют треугольник. Обе координаты смешиваются по объёмам скелета, поэтому смесь трёх минералов лежит внутри треугольника, и её доли находят из трёх линейных уравнений: сумма долей равна единице, средняя плотность равна $\rho_{maa}$ , среднее сечение — $U_{maa}$ . Треугольник широк по $U$ (от 4,8 до 13,8) и узок по плотности (от 2,65 до 2,87): кварц от кальцита отделяет в основном $U$ , доломит от обоих — плотность.

ЕсептеуКросс-плот кажущихся параметров скелета

U_{maa}

—

\rho_{maa}

по модели урока: треугольник кварц — кальцит — доломит, точки ангидрита, калиевого полевого шпата и глин урока (в показаниях по правилам этого кросс-плота), направления к соли и тяжёлым минералам. Точка 1 — пласт из примера ниже, точка 2 — газоносный известняк, стрелка — сдвиг газа от точки кальцита.

Есептеу мысалыТри минерала по кажущимся параметрам скелета

Бастапқы деректер (шартты)

Пласт: чистый карбонатный пласт с примесью песка (по шламу), поры заполнены пресным фильтратом
Показания: $\rho_b = 2{,}599$ г/см³; $\phi_N = 0{,}135$ в известняковых единицах; $P_e = 3{,}28$ барн/электрон
Точки минералов: кварц: 2,65 г/см³ и 4,80 барн/см³; кальцит: 2,71 и 13,76; доломит: 2,87 и 8,97

Шешім

Кажущаяся пористость: $\phi_{D,ls} = \dfrac{2{,}71 - 2{,}599}{1{,}71} = 0{,}065$ при нейтронной 0,135 — точка между линиями известняка и доломита; по их линиям равной пористости $\phi_{ta} \approx 0{,}108$ .
$\rho_{maa} = \dfrac{2{,}599 - 0{,}108}{1 - 0{,}108} = 2{,}793$ г/см³.
$\rho_e = \dfrac{2{,}599 + 0{,}1883}{1{,}0704} = 2{,}604$ г/см³, $U = 3{,}28\cdot 2{,}604 = 8{,}541$ барн/см³; $U_{maa} = \dfrac{8{,}541 - 0{,}108\cdot 0{,}397}{1 - 0{,}108} = 9{,}527$ барн/см³.
Доли кварца $f_q$ , кальцита $f_c$ и доломита $f_d = 1 - f_q - f_c$ : по плотности $2{,}87 - 0{,}22f_q - 0{,}16f_c = 2{,}793$ , по сечению $8{,}97 - 4{,}17f_q + 4{,}79f_c = 9{,}527$ .
Решение системы: $f_q = 0{,}16$ , $f_c = 0{,}26$ , $f_d = 0{,}58$ .

Жауап: Скелет — около 58 % доломита, 26 % кальцита и 16 % кварца; пористость около 10,8 %.

Бұл нені білдіреді. Пласт задан как скелет из 60 % доломита, 25 % кальцита и 15 % кварца при пористости 11 %. Ответ отличается от заданного на 1–2 процента, в основном потому, что кажущаяся пористость прочитана по линиям известняка и доломита и занижена на 0,2 единицы. Один нейтрон-плотностной кросс-плот такого состава не дал бы: с тремя минералами он неоднозначен. Треугольник кварц — кальцит — доломит работает, только если других минералов нет: отрицательная доля означает, что точка вне треугольника, и тогда ищут ангидрит, полевой шпат, тяжёлые минералы, глины или газ. Данные примера условные.

Где на этом кросс-плоте другие минералы и эффекты (значения — модели урока):

Калиевый полевой шпат (7,26; 2,53) — над стороной кварц — кальцит: легче кварца при большем $U$ . Аркозовые песчаники смещаются к нему от кварца.
Ангидрит (14,95; 2,98) — ниже и правее кальцита, каменная соль (9,64; 2,03) — далеко вверху. Карбонат с ангидритом выходит из треугольника за сторону кальцит — доломит.
Тяжёлые минералы уходят далеко вправо и вниз: сидерит (55; 3,84), пирит (82; 4,99), барит (1070; 4,10). Даже несколько процентов пирита заметно сдвигают точку вправо.
Глины ложатся ниже доломита. Их нейтронная пористость включает связанную воду, кажущаяся пористость получается большой, и вычитание пор «перекорректирует» обе координаты: глины урока ( $\rho_b = 2{,}48$ , $\phi_N = 0{,}38$ , $P_e = 3{,}0$ ) дают точку (10,0; 3,01).
Каверны точку не сдвигают: и плотность, и нейтрон видят все поры. Кавернозный известняк из темы о кросс-плотах даёт (13,75; 2,71) — точку кальцита.
Газ поднимает точку почти вертикально — пример ниже.

Насколько ответ зависит от кажущейся пористости? Ошибка $\delta\phi$ сдвигает точку вдоль луча из точки флюида: $\rho_{maa}$ меняется на $\dfrac{\rho_{maa} - \rho_f}{1 - \phi_{ta}}\,\delta\phi$ , то есть примерно на 0,02 г/см³ при ошибке 0,01, а $U_{maa}$ — на 0,05–0,16 барн/см³ (от кварца к кальциту). Для $U$ это мало, для плотности — много: кварц и кальцит различаются по плотности всего на 0,06 г/см³. Поэтому доли кварца и кальцита держатся на $U$ , а доли доломита и ангидрита, отличающихся прежде всего плотностью, чувствительны к пористости. Когда в карбонате есть ангидрит, нейтрон-плотностная пористость, прочитанная по линиям известняка и доломита, занижена — в модели урока примерно на полединицы на каждые 10 % ангидрита в скелете, — и доля ангидрита получается заниженной.

Есептеу мысалыГазоносный известняк на кросс-плоте

U_{maa}

—

\rho_{maa}

Бастапқы деректер (шартты)

Пласт: чистый известняк на глубине около 2000 м, газ подтверждён сопротивлением и газопоказаниями (тот же пласт в теме о кросс-плотах)
Показания: $\rho_b = 2{,}371$ г/см³; $\phi_N = 0{,}102$ в известняковых единицах; $P_e = 4{,}85$ барн/электрон
Нейтронный отклик песчаника в модели урока: при пористости от 12 % показание на 0,045 меньше пористости

Шешім

$\phi_{D,ls} = \dfrac{2{,}71 - 2{,}371}{1{,}71} = 0{,}198$ при нейтронной 0,102 — точка выше линии песчаника. По правилу для таких точек $\phi_{ta}$ — пористость песчаника с тем же нейтронным показанием: $0{,}102 + 0{,}045 = 0{,}147$ .
$\rho_{maa} = \dfrac{2{,}371 - 0{,}147}{1 - 0{,}147} = 2{,}607$ г/см³ — легче кварца.
$\rho_e = \dfrac{2{,}371 + 0{,}1883}{1{,}0704} = 2{,}391$ г/см³, $U = 4{,}85\cdot 2{,}391 = 11{,}596$ барн/см³; $U_{maa} = \dfrac{11{,}596 - 0{,}147\cdot 0{,}397}{1 - 0{,}147} = 13{,}53$ барн/см³ — почти как у кальцита (13,76).
Проверка по пористости: $P_e$ указывает на кальцит, и с ним плотность дала бы пористость $\dfrac{2{,}71 - 2{,}371}{1{,}71} = 0{,}198$ — больше нейтрон-плотностной 0,147, а $\rho_{maa}$ по нейтрону и плотности (2,607) меньше плотности кальцита. Оба признака указывают на газ.

Жауап: Точка поднялась над точкой кальцита на 0,10 г/см³ почти без сдвига по

U

: это известняк с газом, а не кварцевый песчаник.

Бұл нені білдіреді. Газ почти не меняет $U$ — в нём мало электронов и нет тяжёлых атомов, — но занижает плотность при почти той же кажущейся пористости. Поэтому здесь газ сдвигает точку почти вертикально вверх, и минерал по $U$ читается верно. На MID-плоте, где вместо $P_e$ акустический каротаж, тот же пласт уходит к точке кварца (газ на MID-плоте). Если бы пористость прочитали по линиям равной пористости, а не проекцией, получили бы 0,16 и $\rho_{maa} = 2{,}63$ г/см³ — вывод тот же. Данные примера условные.

Когда $P_e$ и кажущиеся параметры обманывают

$P_e$ измеряется по квантам малых энергий, которые далеко в породу не проникают. Поэтому он видит ещё более тонкий слой за стенкой скважины, чем плотность, и сильнее других кривых реагирует на корку, раствор и неровности ствола. Перед расчётом по нему проверяют условия записи.

Что искажает

P_e

и кажущиеся параметры скелета

Ситуация: Барит в растворе или корке
Что происходит: $U$ барита около 1070 барн/см³: $P_e$ и $U_{maa}$ завышены в разы
Что делать: $P_e$ не использовать; плотность — только с поправкой $\Delta\rho$ в пределах компенсации

Ситуация: Неровная стенка, каверны
Что происходит: зубчатый $P_e$ , заниженная плотность
Что делать: исключить интервалы с большой $\Delta\rho$ и кавернами

Ситуация: Минерализованный фильтрат
Что происходит: $U_f$ около 0,96 вместо 0,40, плотность около 1,09 г/см³
Что делать: брать параметры своего фильтрата: при пористости 20 % ошибка $\rho_{maa}$ — около 0,02 г/см³

Ситуация: Газ в промытой зоне
Что происходит: $\rho_{maa}$ занижена, $U_{maa}$ почти верно
Что делать: минерал читать по $U$ ; пористость — с поправкой за газ

Ситуация: Железистые минералы: хлорит, глауконит, сидерит, пирит
Что происходит: $P_e$ от 5–7 у глин до 15–17 у сидерита и пирита
Что делать: сверять с ГК, плотностью и шламом; учитывать минерал в скелете

Ситуация: Тонкие прослои
Что происходит: $P_e$ разрешает 5–10 см, плотность — 15–45 см
Что делать: привести кривые к одному разрешению перед совместным расчётом

Ситуация	Что происходит	Что делать
Барит в растворе или корке	$U$ барита около 1070 барн/см³: $P_e$ и $U_{maa}$ завышены в разы	$P_e$ не использовать; плотность — только с поправкой $\Delta\rho$ в пределах компенсации
Неровная стенка, каверны	зубчатый $P_e$ , заниженная плотность	исключить интервалы с большой $\Delta\rho$ и кавернами
Минерализованный фильтрат	$U_f$ около 0,96 вместо 0,40, плотность около 1,09 г/см³	брать параметры своего фильтрата: при пористости 20 % ошибка $\rho_{maa}$ — около 0,02 г/см³
Газ в промытой зоне	$\rho_{maa}$ занижена, $U_{maa}$ почти верно	минерал читать по $U$ ; пористость — с поправкой за газ
Железистые минералы: хлорит, глауконит, сидерит, пирит	$P_e$ от 5–7 у глин до 15–17 у сидерита и пирита	сверять с ГК, плотностью и шламом; учитывать минерал в скелете
Тонкие прослои	$P_e$ разрешает 5–10 см, плотность — 15–45 см	привести кривые к одному разрешению перед совместным расчётом

Хлорид калия повышает $U$ фильтрата даже сильнее, чем поваренная соль той же концентрации: у калия $Z = 19$ , у натрия 11. Для раствора на углеводородной основе в формулы подставляют плотность и $U$ его фильтрата — около 0,8 г/см³ и 0,1 барн/см³.

Солёность фильтрата важнее для плотности, чем для

U

Если вместо рассола (1,09 г/см³, $U_f = 0{,}96$ ) взять пресную воду, при пористости 20 % $U_{maa}$ ошибётся на $0{,}2\cdot 0{,}56/0{,}8 = 0{,}14$ барн/см³ — около 1,5 % ширины треугольника, — а $\rho_{maa}$ на $0{,}2\cdot 0{,}09/0{,}8 \approx 0{,}02$ г/см³, около трети разницы между кварцем и кальцитом. Плотность фильтрата оценивают по его минерализации (формула), а $U_f$ — по составу.

Спектрометрия: какой минерал радиоактивен

Спектрометрический гамма-каротаж даёт содержания калия — в массовых процентах, тория и урана — в г/т, то есть ppm (как их разделяют). Калий входит в калиевые полевые шпаты, слюды, иллит, глауконит и калийные соли. Торий почти нерастворим и переносится только в минеральных частицах: его удерживают глинистые минералы, тяжёлые минералы (монацит, циркон), вулканический пепел. Уран растворим и подвижен — о нём отдельный раздел ниже. Чистые кварц, кальцит, доломит, ангидрит и каменная соль почти не радиоактивны.

Прибор измеряет содержания на единицу массы породы, поэтому они смешиваются по массе. Если радиоактивность создаёт один минерал, а остальная порода «пустая», то калий и торий породы пропорциональны массовой доле этого минерала, и их отношение равно его отношению. На кросс-плоте «калий — торий» такие породы лежат на прямой через начало координат: наклон говорит, какой минерал радиоактивен, расстояние от начала — сколько его.

Калий и торий породы — средние по массе

\mathrm{K} = \sum_j w_j\,\mathrm{K}_j, \qquad \mathrm{Th} = \sum_j w_j\,\mathrm{Th}_j, \qquad \frac{\mathrm{Th}}{\mathrm{K}} = \frac{\sum_j w_j\mathrm{Th}_j}{\sum_j w_j\mathrm{K}_j}

мұндағы:

$w_j$ массовая доля $j$ -го компонента в породе вместе с флюидом в порах, доли единицы
$\mathrm{K}_j,\ \mathrm{Th}_j$ содержания калия и тория в этом компоненте, %; г/т
$\mathrm{Th}/\mathrm{K}$ отношение тория к калию — отношение показаний в г/т и в %, г/т на %

Бірліктер: калий — массовые %, торий — г/т (ppm)

Мына жағдайда орындалады

показания исправлены за скважину; в растворе нет хлорида калия;
компоненты с постоянным составом; природные минералы различаются по содержаниям в разы.

Отношение смеси — не среднее отношений: в нём преобладает минерал, богатый калием. Отношение Th/K = 3 значит 3 г/т тория на 1 % калия; истинное отношение масс в $10^4$ раз меньше, поэтому сравнивают только величины в тех же единицах.

Калий, отношение Th/K и

P_e

радиоактивных минералов (ориентировочно)

Минерал: Калиевый полевой шпат
K, %: 11–14
Th/K: меньше 0,5
$P_e$ , барн/эл.: 2,9

Минерал: Глауконит
K, %: 3–6
Th/K: около 0,5–1,5
$P_e$ , барн/эл.: 5–7

Минерал: Мусковит; биотит
K, %: 6–10
Th/K: около 1–3
$P_e$ , барн/эл.: 2,4; 6,3

Минерал: Иллит
K, %: 3,5–8
Th/K: около 2–4
$P_e$ , барн/эл.: 3,5

Минерал: Смектит (монтмориллонит)
K, %: 0–5
Th/K: около 4–12
$P_e$ , барн/эл.: около 2

Минерал: Каолинит
K, %: 0–0,6
Th/K: больше 10
$P_e$ , барн/эл.: 1,8

Минерал: Хлорит
K, %: 0–0,35
Th/K: больше 10
$P_e$ , барн/эл.: около 6

Минерал: Тяжёлые минералы с торием
K, %: —
Th/K: больше 25
$P_e$ , барн/эл.: высокий

Минерал	K, %	Th/K	$P_e$ , барн/эл.
Калиевый полевой шпат	11–14	меньше 0,5	2,9
Глауконит	3–6	около 0,5–1,5	5–7
Мусковит; биотит	6–10	около 1–3	2,4; 6,3
Иллит	3,5–8	около 2–4	3,5
Смектит (монтмориллонит)	0–5	около 4–12	около 2
Каолинит	0–0,6	больше 10	1,8
Хлорит	0–0,35	больше 10	около 6
Тяжёлые минералы с торием	—	больше 25	высокий

Диапазоны по опубликованным данным для образцов минералов; поля перекрываются, и палетки разных компаний проводят границы по-разному. $P_e$ глауконита, биотита и хлорита высок из-за железа. На рисунке и в примерах ниже — условные представительные значения модели урока: полевой шпат K 12 % и Th 1,5 г/т, мусковит 8 и 16, иллит 5 и 15, смектит 1,5 и 12, каолинит 0,4 и 11.

ЕсептеуКросс-плот «калий — торий» по модели урока: прямые постоянного отношения Th/K для представительных значений минералов, точки чистого кварцевого песчаника, глин и аркозового песчаника из примера ниже. Штриховые линии показывают, как аркоз складывается из песчаника, немного глин и полевого шпата.

Отношение Th/K у разных минералов перекрывается, и его сочетают с $P_e$ : глауконит и мусковит имеют близкие отношения, но $P_e$ около 6 и 2,4; хлорит и каолинит — большие отношения, но $P_e$ около 6 и 1,8; иллит и смектит различаются и отношением, и $P_e$ (3,5 и 2). В пласте $P_e$ разбавлен кварцем и карбонатом, поэтому глинистые минералы по нему узнают в мощных глинистых пачках и по трендам, а не по отдельной точке песчаника.

Есептеу мысалыАркозовый песчаник: четыре индекса глинистости

Бастапқы деректер (шартты)

Опорные пласты разреза: чистый кварцевый песчаник — калий 0,3 %, уран 0,6 г/т, торий 1,5 г/т; глины — калий 3,0 %, уран 3,0 г/т, торий 11 г/т
Изучаемый песчаник: калий 3,2 %, уран 1,0 г/т, торий 2,5 г/т; на нейтрон-плотностном каротаже признаков глин нет
Калиевый полевой шпат (условно): калий 12 %, торий как у чистого песчаника

Шешім

Полный ГК по связи $16\,\mathrm{K} + 8\,\mathrm{U} + 4\,\mathrm{Th}$ : песчаник 15,6, глины 116, пласт 69,2 API; индекс гамма-активности 0,53.
ГК без урана (CGR): 10,8, 92 и 61,2 API; индекс 0,62 — ещё больше: лишний калий остаётся в CGR.
Индекс по калию $\dfrac{3{,}2 - 0{,}3}{3{,}0 - 0{,}3} = 1{,}07$ — больше единицы: калия больше, чем в самих глинах. Индекс по торию $\dfrac{2{,}5 - 1{,}5}{11 - 1{,}5} = 0{,}105$ .
Отношение Th/K: пласт 0,78, глины 3,67. У глин этого разреза на 1 % калия приходится 3,67 г/т тория, у пласта — в 4,7 раза меньше: калий пласта не глинистый.
Глины, которых по торию 10,5 % массы, дают калия $0{,}3 + 0{,}105\cdot 2{,}7 = 0{,}58$ %. Лишний калий 2,62 % несёт полевой шпат: $2{,}62/(12 - 0{,}3) = 0{,}22$ массы породы.

Жауап: Глинистость по торию — около 10,5 %, а не 53 % по полному ГК; повышенную радиоактивность дают калиевые полевые шпаты — около 22 % массы породы.

Бұл нені білдіреді. Индексы разошлись от 0,105 до 1,07. В аркозе калий полевых шпатов завышает и полный ГК, и ГК без урана — CGR здесь не помогает; торий же связан с глинами и почти не зависит от полевых шпатов. Поэтому в полевошпатовых песчаниках глинистость оценивают по торию и проверяют нейтрон-плотностным каротажем (Определение глинистости). Расчёт по массе и с условным содержанием калия в полевом шпате (в чистом минерале 11–14 %) даёт ориентир; долю полевого шпата уточняют по керну и шлифам. Данные условные: это аркозовый песчаник из условного разреза темы о гамма-каротаже.

Отношение Th/K — подсказка, а не диагноз

Поля минералов перекрываются; смесь двух глин даёт промежуточное отношение, в котором преобладает минерал, богатый калием (дополнительный раздел); калий в растворе (KCl) и в калийных солях сдвигает точку к оси калия. Отношения считают по сглаженным кривым в интервалах, а не по отдельным отсчётам: калий и особенно уран и торий по спектрометрии шумные. Тип глин окончательно определяют по керну — рентгеноструктурным анализом.

Каждый элемент спектрометрии говорит о своём, и это помогает читать её в разрезе. Торий — об обломочной глинистой примеси: в песчаниках и карбонатах он растёт с глинистостью, если нет тяжёлых минералов и пепла. Калий — о калийсодержащих минералах: в песчаниках это часто полевые шпаты и слюды (как в аркозе выше), в глинах — иллит и слюды, поэтому там он отражает тип глин. Уран в карбонатах обычно указывает не на глины, а на органику, фосфаты и стилолиты. Хемогенные породы — соль, ангидрит, чистый известняк — почти не радиоактивны, если это не калийные соли, а зоны выветривания выдают себя резким изменением тория и калия при почти прежнем их отношении.

Уран: органическое вещество и подвижные воды

Уран ведёт себя иначе, чем калий и торий. В окислительных водах он растворим и переносится далеко, а в восстановительной среде переходит в нерастворимую форму и осаждается — прежде всего на органическом веществе. Поэтому морские глины и сланцы, накопившиеся при дефиците кислорода, богаты и органическим углеродом, и ураном, а отношение тория к урану в них мало (Th/U). Высокий уран в глинистой пачке — подсказка, что это нефтематеринская порода (Нефтематеринские породы, созревание и миграция).

Содержание органического углерода по урану (местная калибровка)

TOC \approx a\,\mathrm{U} + b

мұндағы:

$TOC$ содержание органического углерода, % масс.
$\mathrm{U}$ содержание урана по спектрометрии, г/т
$a,\ b$ коэффициенты, найденные по керну или шламу той же толщи, % на г/т; %

Бірліктер: TOC — массовые %, уран — г/т

Мына жағдайда орындалады

уран связан с органическим веществом, а не с фосфатами, трещинами или вторичными отложениями;
калибровка — для одной толщи и одной обстановки осадконакопления; перенос в другие толщи не допускается;
кривую урана осредняют по интервалу: в отдельных отсчётах она шумная.

Эмпирическая связь, а не физический закон: в одних сланцах она тесная, в других её нет. Её проверяют по керну и сверяют с другими признаками органики — пониженными плотностью и скоростью звука.

Карбонаты: уран — признак органики, фосфатов и стилолитов, а не глин. По полному ГК такие интервалы выглядят глинистыми; глинистость считают по торию или по ГК без урана.
Пути подземных вод: уран осаждается на разломах, в трещинах и в пластах, через которые шли воды; урановая аномалия в плотной породе может указывать на открытые трещины.
Работающие скважины: в обводнённых интервалах на трубах и в прискважинной зоне осаждаются соли с радием из пластовой воды. Спектрометрия видит его по линиям ряда урана, и ГК за колонной со временем растёт. Это не литология, а история эксплуатации; такие отложения радиоактивны, и обращение с ними регулируют нормы радиационной безопасности.

Порядок работы

1
Качество
Кавернограмма, поправка $\Delta\rho$ , состав раствора: при барите $P_e$ не используют, при KCl поправляют калий. Кривые приводят к одной глубине и одному разрешению.
2
Быстрый просмотр $P_e$
Около 1,8 — кварц, около 3 — доломит или глины, около 5 — кальцит или ангидрит (их делит плотность), 6 и выше — железистые и тяжёлые минералы или барит.
3
Два минерала
Кросс-плот «плотность — $P_e$ » или решение в координатах $\rho_b$ и $U$ ; пористость сверяют с нейтрон-плотностной.
4
Три минерала
Кажущаяся пористость по кросс-плоту «нейтрон — плотность», затем $\rho_{maa}$ и $U_{maa}$ и треугольник минералов. Точки вне треугольника — сигнал искать четвёртый минерал, газ или глины.
5
Радиоактивность
Торий и ГК без урана — для глинистости; Th/K вместе с $P_e$ — для типа глин, полевых шпатов и слюд; уран — для органики и трещин.
6
Проверка
Сравнить с M–N- и MID-плотами (M–N и MID-плоты для сложных разрезов), шламом, керном и рентгеноструктурным анализом; калибровать связи по керну.

Терминдер мен белгілер

Фотоэлектрический индекс $P_e$: сечение фотопоглощения на один электрон, барн/электрон; смешивается по электронам, а не по объёмам.
Объёмное сечение $U$: $P_e\rho_e$ , барн/см³; складывается по объёмным долям компонентов породы.
Кажущаяся общая пористость $\phi_{ta}$: пористость, прочитанная по кросс-плоту методов пористости в допущении пласта с жидкостью; почти не зависит от минералов скелета.
Кажущиеся параметры скелета $\rho_{maa}$ и $U_{maa}$: плотность и объёмное сечение, пересчитанные к нулевой пористости по $\phi_{ta}$ ; для чистого пласта с жидкостью — параметры смеси минералов скелета.
Отношение Th/K: отношение показаний тория (г/т) и калия (%) по спектрометрии; указывает на тип радиоактивных минералов.
Глинистые минералы: каолинит, иллит, смектит, хлорит и смешанослойные минералы; различаются содержанием калия, тория, связанной воды и $P_e$ .

Жиі қателіктер

Қате

« $P_e$ породы — среднее $P_e$ скелета и флюида по объёмам».

Шын мәнінде

По объёмам смешивается $U = P_e\rho_e$ , а $P_e$ — среднее по электронам: вода весит вдвое меньше своего объёма, газ почти ничего. При усреднении по объёмам пористый известняк показался бы доломитом.

Қате

« $P_e$ около 5 — значит, известняк».

Шын мәнінде

Столько же даёт ангидрит (5,05), а немного барита в корке — и больше. Ангидрит отличают по плотности ( $\rho_{maa}$ около 2,98 против 2,71), барит — по составу раствора, кавернограмме и поправке $\Delta\rho$ .

Қате

«Много калия — значит, много глин».

Шын мәнінде

Калий несут и калиевые полевые шпаты, слюды, глауконит, калийные соли и раствор с KCl. Глины выдаёт торий; отношение Th/K и нейтрон-плотностной каротаж показывают, откуда калий.

Қате

«Отношение Th/K смеси двух глин — среднее их отношений».

Шын мәнінде

Калий и торий складываются по массе, и в отношении преобладает минерал, богатый калием: смесь каолинита с иллитом пополам даёт отношение около 5 — намного ближе к иллиту, чем к каолиниту.

Қате

«Урановая аномалия — признак глин или органики».

Шын мәнінде

Уран подвижен: он бывает в фосфатах, стилолитах, трещинах, на путях подземных вод и в солях на трубах работающих скважин. Связь урана с органикой калибруют по керну для каждой толщи.

Толық: тереңдетілген

Насколько точнее

P_e

различает кварц и кальцит

Качественный вывод «плотность отвечает за пористость, $P_e$ — за состав» можно проверить расчётом, как это сделано для пар методов пористости в теме о кросс-плотах: посмотрим, как погрешности измерений переходят в погрешности пористости и доли минерала.

Есептеу мысалыПесчаник с известняком: нейтрон, плотность и

P_e

Бастапқы деректер (шартты)

Пласт: скелет — пополам кварц и кальцит, пористость 0,15, пресный фильтрат; модель урока
Погрешности измерений: плотность ±0,015 г/см³, нейтронная пористость ±0,01, $P_e$ ±0,1 барн/электрон (условно)

Шешім

Как меняются показания — производные по пористости $\phi$ и по доле кальцита $f$ (обе в долях единицы): плотность — −1,68 и +0,051 г/см³, нейтронная пористость — 1,00 и +0,045, $P_e$ — −1,55 и +3,05 барн/электрон.
Пара «нейтрон — плотность»: погрешность пористости ±0,7 единицы, доли кальцита ±0,178.
Пара «плотность — $P_e$ »: ±0,9 единицы и ±0,034.
Все три кривые вместе (наименьшие квадраты с весами по погрешностям): ±0,7 единицы и ±0,032.

Жауап: Плотность с

P_e

определяет долю кальцита примерно в 5 раз точнее, чем нейтрон с плотностью; пористость — чуть хуже; три кривые вместе дают лучшее из обеих пар.

Бұл нені білдіреді. Для плотности замена кварца кальцитом почти неотличима от изменения пористости, для $P_e$ это главный сигнал: замена всего кварца кальцитом меняет его на 3,05 барн/электрон, а рост пористости на 0,01 — лишь на 0,015. Погрешность $P_e$ ±0,1 — допущение: в неровном стволе и при быстрой записи она больше. Числа зависят от модели; важно соотношение между парами. Данные примера условные.

Две глины в одной породе: отношение Th/K смеси

Поскольку калий и торий складываются по массе, отношение смеси ближе к отношению того минерала, в котором больше калия. Это легко недооценить, читая кросс-плот «калий — торий» по полям минералов.

Есептеу мысалыКаолинит с иллитом

Бастапқы деректер (шартты)

Каолинит: K 0,4 %, Th 11 г/т (Th/K около 27)
Иллит: K 5,0 %, Th 15 г/т (Th/K 3,0)
Глинистая часть породы: смесь этих минералов по массе; значения условные представительные

Шешім

Смесь пополам: $\mathrm{Th} = 0{,}5\cdot 11 + 0{,}5\cdot 15 = 13{,}0$ г/т, $\mathrm{K} = 0{,}5\cdot 0{,}4 + 0{,}5\cdot 5{,}0 = 2{,}70$ %; отношение 4,8, а среднее двух отношений было бы 15,3.
Четверть каолинита — отношение 3,6, три четверти — 7,7.
Обратная задача: глины с отношением 6. Доля каолинита $w$ из условия $11w + 15(1 - w) = 6\,[0{,}4w + 5(1 - w)]$ : $w = 0{,}64$ .

Жауап: Половина каолинита даёт отношение 4,8 — намного ближе к иллиту, чем к каолиниту; до 6 оно доходит только при 64 % каолинита.

Бұл нені білдіреді. Поэтому промежуточные отношения (4–10), которые на палетках относят к смектиту и смешанослойным глинам, может давать и смесь каолинита с иллитом. Спектрометрия даёт гипотезу и показывает, где состав глин меняется по разрезу; тип глин определяют по керну. Данные примера условные.

Басқа тақырыптармен байланыс

Плотностной гамма-гамма каротаж и фотоэлектрический индекс — как измеряют $P_e$ и электронную плотность и почему барит портит $P_e$ .
Гамма-каротаж и спектрометрия естественной радиоактивности — естественная радиоактивность, спектрометрия калия, урана и тория, ГК без урана.
Литология и пористость по кросс-плотам — нейтрон-плотностной кросс-плот, по которому читают кажущуюся пористость.
M–N и MID-плоты для сложных разрезов — минералы по трём методам пористости: M–N- и MID-плоты.
Определение глинистости — глинистость по ГК, торию и другим индикаторам.
Газ, глины, карбонаты и давление в оценке пористости по ГИС — газ, глины и карбонаты в показаниях методов пористости.
Нефтематеринские породы, созревание и миграция — нефтематеринские породы и содержание органического углерода.
Буровые растворы: функции и свойства — барит и соли в буровом растворе.
Лабораторный анализ керна — керн, по которому калибруют минеральный состав и связи с каротажем.

Өзіңізді тексеріңіз

1
Почему $P_e$ пористой породы почти не зависит от пористости, хотя объёмное сечение $U$ уменьшается вместе с долей скелета?
1. А.Прибор видит только скелет, а поры — нет
2. Б.Прибор вводит поправку за пористость
3. В. $P_e$ — индекс на электрон: вместе со скелетом убывает и число электронов, а у воды электронов в единице объёма вдвое меньше и её собственный индекс мал
4. Г.Вода не поглощает гамма-кванты вовсе
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: В. $P_e$ — индекс на электрон: вместе со скелетом убывает и число электронов, а у воды электронов в единице объёма вдвое меньше и её собственный индекс мал
$U$ складывается по объёмам и падает почти пропорционально доле скелета. $P_e = U/\rho_e$ , а электронная плотность тоже уменьшается с пористостью. Вода даёт лишь около 12 % электронов при 25 % пор, а её $P_e$ (0,36) мал, поэтому $P_e$ известняка с 25 % пор — 4,51 против 5,08 у кальцита.
2
Точка карбонатного пласта: $\rho_{maa} = 2{,}81$ г/см³, $U_{maa} = 12{,}8$ барн/см³. Что даёт треугольник кварц — кальцит — доломит и как объяснить результат?
Жауабын көрсету
Из уравнений $0{,}22f_q + 0{,}16f_c = 2{,}87 - 2{,}81 = 0{,}06$ и $-4{,}17f_q + 4{,}79f_c = 12{,}8 - 8{,}97 = 3{,}83$ получаем $f_q \approx -0{,}19$ : точка вне треугольника, за стороной кальцит — доломит. Нужен минерал тяжелее кальцита с большим $U$ — ангидрит (14,95; 2,98). Треугольник кальцит — доломит — ангидрит даёт около 53 % кальцита, 25 % доломита и 22 % ангидрита. При ангидрите нейтрон-плотностная пористость обычно занижена, поэтому истинная доля ангидрита, скорее всего, ещё больше.
3
Песчаник: $\rho_b = 2{,}40$ г/см³, $P_e = 2{,}05$ , поры заполнены пресным фильтратом, скелет — кварц с кальцитом. Найдите пористость и долю кальцита в скелете.
Жауабын көрсету
Электронная плотность $\dfrac{2{,}40 + 0{,}1883}{1{,}0704} \approx 2{,}418$ г/см³, $U = 2{,}05\cdot 2{,}418 \approx 4{,}957$ барн/см³. Уравнения: $1{,}40 = 1{,}65V_q + 1{,}71V_c$ и $4{,}957 - 0{,}397 = 4{,}40V_q + 13{,}36V_c$ . Отсюда $V_c \approx 0{,}094$ , $V_q \approx 0{,}751$ , пористость около 0,155, кальцита около 11 % скелета.
4
Раствор утяжелён баритом. Какая из кажущихся величин скелета становится непригодной?
1. А. $U_{maa}$
2. Б.Обе в равной степени
3. В.Ни одна: поправка $\Delta\rho$ исправляет обе
4. Г. $\rho_{maa}$
Жауабын көрсету
Дұрыс жауап: А. $U_{maa}$
У барита $U$ около 1070 барн/см³: доля процента барита в корке или в неровностях стенки увеличивает $P_e$ и $U_{maa}$ в разы. Плотность исправляется поправкой $\Delta\rho$ , пока корка в пределах компенсации, поэтому $\rho_{maa}$ можно использовать с осторожностью, а $U_{maa}$ — нельзя.
5
Спектрометрия: песчаник — K 1,9 %, Th 9,5 г/т; соседние глины — K 2,6 %, Th 13 г/т; чистый песчаник — K 0,2 %, Th 1,0 г/т. Полевые шпаты или глины повышают ГК пласта?
Жауабын көрсету
Индекс по калию $\dfrac{1{,}9 - 0{,}2}{2{,}6 - 0{,}2} \approx 0{,}71$ , по торию $\dfrac{9{,}5 - 1{,}0}{13 - 1{,}0} \approx 0{,}71$ — они совпадают, а отношение Th/K пласта (5,0) такое же, как у глин. Калий и торий приходят вместе с одними и теми же глинами: пласт глинистый. В аркозе индекс по калию был бы заметно больше индекса по торию, а отношение Th/K — меньше, чем у глин.
6
По керну сланцевой толщи: при уране 6 г/т TOC 1,4 %, при уране 21 г/т — 6,2 %. Оцените TOC в интервале той же толщи с ураном 15 г/т и назовите два условия, при которых оценке можно доверять.
Жауабын көрсету
Наклон $\dfrac{6{,}2 - 1{,}4}{21 - 6} = 0{,}32$ % на 1 г/т, так что TOC $\approx 1{,}4 + 0{,}32\cdot(15 - 6) \approx 4{,}3$ %. Условия: интервал из той же толщи и обстановки, где получена калибровка; уран связан с органикой, а не с фосфатами, трещинами или вторичными отложениями. Кроме того, кривую урана осредняют по интервалу, а оценку сверяют с плотностью и акустикой.

Жаңартылған: 26 октября 2026 г.

Қысқаша негізгісі

Сабақтан кейін сіз

Фотоэлектрический индекс породы: смешиваются электроны, а не объёмы

Кросс-плот «плотность — фотоэлектрический индекс»

Кажущиеся параметры скелета: ρmaa\rho_{maa}ρmaa​ и UmaaU_{maa}Umaa​

Когда PeP_ePe​ и кажущиеся параметры обманывают

Спектрометрия: какой минерал радиоактивен

Уран: органическое вещество и подвижные воды

Порядок работы

Терминдер мен белгілер

Жиі қателіктер

Толық: тереңдетілген

Басқа тақырыптармен байланыс

Өзіңізді тексеріңіз

Кажущиеся параметры скелета: $\rho_{maa}$ и $U_{maa}$

Когда $P_e$ и кажущиеся параметры обманывают