GEOFIZYKA WIERTNICZA.

1. Warunki panujące w otworze. W czasie wiercenia otworu płuczka bez przerwy wynosi na powierzchnię urobione cząstki skały. Panujące ciśnienie hydrostatyczne słupa płuczki, przeważnie jest wyższe od ciśnienia złożowego, czyli oddziałuje na ścianę otworu powodując przenikanie filtratu płuczki do skał porowatych i przepuszczalnych. W wyniku czego na ścianach osadzają się cząstki ilaste tworząc tzw. osad ilasty - płuczkowy. Ów filtrat płuczki przenikając do skał wyciska pierwotne medium (wodę, ropę, gaz) nasycając jednoczenie skałę i zmieniając ich własności. W trakcie wiercenia powstaje kilka stref wokół otworu. Strefa filtracji - tworzy się poprzez wniknięcie płuczki do ośrodka skalnego wokół otworu, jej zasięg radialny zależy od zdolności skał do umożliwienia mediom złożowym ruchu w przestrzeni porowej oraz od parametrów filtracyjnych płuczki; w skałach o małym współczynniku porowato-ści i przepuszczalności (wapienie, dolomity) obserwuje się głęboką filtrację filtratu płuczki, natomiast w skałach o dużym filtracja nie jest głęboka (jest to strefa w której miesza się woda złożowa, węglowodory i płuczka); powstawanie strefy filtracji zaznacza się poprzez osad ilasty (korek) na ścianie otworu; zasięg strefy filtracji zależy od przepuszczalności warstwy i jej porowatości oraz różnicy ciśnień. Strefa przemyta - część strefy filtracji w kształcie pierścienia przylegającego do ścianki otworu, w której filtrat prawie całkowicie wyparł pierwotne płyny złożowe. Warstwa niezmieniona.

2. Interpretacja wyników. Jakościowa - może być prowadzona w oparciu o parametry pozorne; rozdzielenie profilu na jednostki litologiczne (warstwy), odczyt pozornych parametrów, ocena granic warstw i ich miąższości, ocena litologiczna skał, korelacja warstw między tworami wzdłuż wybranego profilu, wydzielenie horyzontów o lepszych właściwościach zbiornikowych, wydzielenie pokładów węglowych, wydzielenie stref o interesujących własnościach np. stref okruszcowanych. Ilościowa (wiąże się z konkretnymi wartościami poszczególnych parametrów) - prowadzenie interpretacji ilościowej wymaga przejścia od parametrów pozornych do rzeczywistych; określenie procentowego udziału wybranych składników litologicznych; wyznaczenie wartości liczbowych fizycznych parametrów skał np. parametrów zbiornikowych (porowatości, przepuszczalności i nasycenia przestrzeni porowej), parametrów mechanicznych (dynamicznych modułów sprężystości skał) i innych wielkości opisujących wybrane cechy warstw np. popielność i wilgotność węgli. Schemat interpretacji ilościowej.

3. Profilowanie oporności. To podstawa do określenia porowatości efektywnej oraz rodzaju i wielkości nasycenia przestrzeni porowej skał. Niestety wpływ środowiska na rejestracją oporności skały jest duży (w przypadku użycia sond klasycznych). Pomiary oporności można podzielić na kilka zasadniczych grup: a) klasyczne, potencjałowe, gradientowe, indukcyjne profilowania oporności; b) sterowane profilowania oporności - LATEROLOGI; c) mikroprof. oporności; d) elektryczne obrazowanie ścianki otworu;

Elektryczne własności. Oporność właściwa, przewodność właściwa, przenikalność właściwa, podatność elektryczna, naturalna aktywność elektrochemiczna, oporność właściwa skał (R) - to zdolność skały do przewodzenia prądu elektrycznego: opór elektryczny R jaki stawia kostka ścienna skały o długości l i przekroju S przy przepływie prądu: ρ  R(S/l). Wyróżnia się dwie przewodności: a) jonowa przewodność (typ elektrolityczny), czyli ruch jonów w mediach; b) elektronowa przenikalność (typ metaliczny), ruch elektronów. Skały osadowe mają głównie przewodność jonową, tzn. nośnikami prądu są jony znajdujące się w wodach złożowych, nasycających przestrzenie porowe skał. Przestrzenie te muszą być połączone ze sobą (porowatość efektywna). Duży wpływa na oporność ma zawartość minerałów ilastych. Oporność elektryczna właściwa skał może być anizotropowa co wiąże się z niejednorodną budową skał. Oporność wzdłużna R_H mierzona jest w kierunku zgodnym z uwarstwieniem, oporność poprzeczna R_V, która jest mierzona prostopadła do R_H. Większa jest oporność poprzeczna, ponieważ prąd płynie szybciej wzdłuż warstw niż prostopadle do nich. Niejednorodność skał otaczających, badany poziom oraz obecność otworu i strefy filtracji sprawia, że pomierzona oporność to oporność pozorna. Rzeczywistą oporność warstwy uzyskuje się na podstawie ilościowej interpretacji (celem jej jest eliminacja wpływu otworu oraz warstw sąsiednich) krzywych pomiarowych, która polega na wykorzystaniu m.in. nomogramów i tzw. paletek. Wyznaczenie rzeczywistej oporności warstwy R_T, strefy przemytej Rx_o i strefy filtracji R_i wymaga wykonania pomiaru przynajmniej trzema sondami o różnych radialnych zasięgach.

4. Zasada pomiaru oporności. Do otworu zapuszcza się na kablu sondzie zakończoną elektrodami. W sondzie są zazwyczaj trzy elektrody, czwarta znajduje się na powierzchni ziemi. Przez elektrody A i B przepuszcza się prąd o natężeniu I powodujący powstanie w skale pola elektrycznego. Za pomocą elektrod N i M mierzy się różnicę potencjałów U miedzy dwoma punktami pola elektrycznego w skale: ρ_  (U/I), gdzie K - stała sondy. Opór wyliczony z tego wzoru jest oporem pozornym (ρ_  R_a), gdyż nie odzwierciedla on oporu jednej skały lecz całego kompleksu znajdującego się w obrębie przestrzennego pola elektrycznego. Na wartość oporu pozornego wpływa opór właściwy (ρ) poszczególnych rodzajów skał znajdujących się w zasięgu pola.

Typy elektrod: a) parzyste - elektrody włączone w jeden układ pomiarowy lub prądowy (te same); b) nieparzyste - trzecia elektroda włączona w jeden obwód z elektrodą znajdującą się na powierzchni ziemi; c) pomiarowe - N, M i prądowe - A, B. Typy sond: jednobiegunowa, dwubiegunowa, potencjałowa, gradientowa, stropowa, spągowa, standardowa.

5. Zastosowanie: PO do wyrywania surowców mineralnych (ropa, gaz, węgle, rudy, sole), do badania litologii, do wyznaczania współczynnika porowatości i przepusz-czalności, do ustalenia reperów do korelacji. mPO: do określania oporności strefy bliskiej - Rx₀; do określenia oporności i miąższości korka; do wydzielania i określania parametrów zbiornikowych, cienkich poziomów kolektorskich; do wydzielenia obszarów porowatych i przepuszczalnych w profilu otworu; do wydzielenia oporności pozornej osadu ilastego (sonda gradientowa); do wydzielenia oporności pozornej strefy przemytej (sonda potencjałowa); mPOst: do określ. oporności korka ilastego; do określ. grubości korka ilastego; do określ. oporn. strefy przemytej;

6. Profilownie indukcyjne (PI): Polega na badaniu wzdłuż otworu zmian przewodności elektrycznej skał (oporności skał) na podstawie pomiaru wtórnego pola magnetycznego, prądów wirowych indukowanych w badanym ośrodku. Oporność pozorna wyznaczona PI wymaga zastosowania poprawek na wpływ otworu i warstw otaczających. Wartość zmierzonego pozornego przewodnictwa jest mniejsza od właściwego z powodu skin effect'u. Należy więc stosować poprawki na te zjawisko.

Zastosowanie PI: zwłaszcza do poszukiwań skał ropno - gazowych; stosowane w otworach wypełnionych płuczką o dużej oporności; sondy duże PI są najefektywniejsze przy badaniu ośrodków o opornościach właściwych mniejszych od 100 m; PI daje lepsze wyniki niż laterologi przy określaniu rzeczywistej oporności ośrodków o niższych opornościach.

7. Profilowanie potencjałów polaryzacji naturalnej PS (do PI): Pomiar krzywej PS polega na rejestrowaniu zmiany naturalnego pola elektrycznego wzdłuż otworu. Pomiar potencjałów naturalnych w odwiercie polega na rejestracji różnicy potencjałów powstających na skutek procesów fizyko - chemicznych zachodzących w skałach nasyconych wodami o innym zasoleniu niż płuczka. Zjawiska wywołujące powstanie potenc. naturalnych to: dyfuzja i adsorbcja jonów; filtracja cieczy w porach skalnych ; utlenianie i redukcja.

Dyfuzja jonów. Proces ten zachodzi w momencie zetknięcia się dwóch roztworów o różnej koncentracji soli. W skale jest to woda złożowa i płuczka. Jeśli w obu cieczach występują tylko jony soli NaCl to z roztworu o wyższej koncentracji dyfundują jony Na i Cl do roztworu o niższej koncentracji celem uzyskania równowagi. Jony Cl są szybsze i szybciej przechodzą do roztworu o niższej koncentracji. Stąd po pewnym czasie roztwór o mniejszej koncentracji ma nadwyżkę jonu Cl, a więc ładunek ujemny a roztwór o większym stężeniu na skutek nadwyżki jonów Na ma ładunek dodatni. Na granicy otworu obserwuje się rozkład ładunków elektrycznych. Jeśli wody złożowe mają wyższą koncentrację niż płuczka, to w otworze na ściance będzie nadmiar ładunków ujemnych a od strony warstwy ładunków dodatnich. Na kontakcie takim, czyli roztworów tych samych soli, lecz o różnych stężeniach różnica potencjałów dyfuzyjnych lub inaczej siła elektromotoryczna opisana jest równaniem Nernsta. E_d = K_dlg(A_w/A_mf) gdzie K_d - współczynnik dyfuzyjny: K_d =[(u-v)/(u+v)](RT/F), u,v - ruchliwość kationów i anionów, F - stała Faradaya = 96500'C, R - stała gazowa = 8,314(J/'C) T - temperatura w `K, A_w i A_mf - aktywności chemiczne wód złożowych i filtratu płuczki. Procesy dyfuzyjne są główną przyczyną powst. SEM w skałach oasdowych.

Adsorbcja jonów: Związana jest z obecnością skał ilastych, otaczających warstwy przepuszczalne. Skały ilaste zachowują się jak przegroda przepuszczająca tylko jony dodatnie Na, a zatrzymują jony ujemne Cl. Wiąże się to z obecnością na powierzchni cząstek ilastych, otoczki wody związanej oraz elektrycznej warstwy tworzącej lokalne pole sił elektrostatycznych. Jony ujemne Cl równoważą ładunki dodatnie zewnętrznej warstwy elektrycznej. Kierunek przechodzenia jonów Na zgodny jest z kierunkiem przepływu prądu.

Siła elektromotoryczna adsorbcji opisana jest też przez równanie Nernsta. E_PS = K_PSlg(A_w/A_mf), gdzie współczynnik absorbcyjny K_a = RT/F i ruchliwość anionu v = O oraz K_PS - współczynnik dyfuzyjno - adsorbcyjny, będący sumą bezwzględnych wart K_d i K_a. Potencjały filtracyjne. Związane są z przemieszczaniem się cieczy w porach skalnych. Powstaje na skutek filtracji płuczki do warstwy. Na granicy zetknięcia się faz ciekłej i stałej tworzy się w cieczy elektrostatyczna warstwa podwójna.

Pod wpływem ruchu cieczy ładunki z ruchomej części warstwy podwójnej przesuwane są względem części nieruchomej, powodując powstanie siły elektrokinetycznej, którą opisuje równanie Helmholtza. E_f = K_f(R_mf/)*(dP/dx), gdzie K_f - wielkość, będąca funkcją stałej dielektrycznej cieczy filtrującej i potencjału  odpowiadającego dyfuzyjnej części warstwy podwójnej, R_mf - oporność cieczy,  - lepkość kinematyczna cieczy, dP/dx - gradient ciśnienia. Potencjał filtracyjny jest niewielki i na krzywej PS nie uwzględnia się go. Potencjały utleniania i redukcji. W niektórych skałach zachodzą reakcje redox prowadzące do powstania pola elektrycznego. Najczęściej potencjały te obserwuje się w skałach okruszcowanych, w obecności siarczków i tlenków metali. Wartość E_u+r zależy od składu jonowego minerałów oraz wód złożowych i płuczki. Typy zailenia w geofizyce. laminarny - w skałach czystych są wkładki iłów; rozproszony - materiał ilasty tkwi w porach; strukturalny - cząstki ilaste są w szkielecie skalnym. Materiał ilasty zmniejsza oporność skał. I_G = (I_G - I_Gmin)/(I_Gmax - I_Gmin), gdzie I_G - parametr różnicowy, I_G - mierzona wartość natężenia.

8. Zasada pomiaru i zastosowanie PS. Przy rejestracji promieniowania PS mierzy się różnicę potencjałów między poruszającą się w otworze elektrodą M a N umieszczoną na powierzchni. Krzywa PS charakteryzuje się symetrycznymi anomaliami naprzeciw badanych formacji. Niekiedy stosuje się pomiar gradientu PS (grad PS), sonda zawiera wtedy 2 elektrody pomiarowe M i N, krzywa grad PS jest niesymetryczna względem warstw, ekstrema wyznaczają położenie ich granic. Pomiar może być zakłócony przez: polaryzację elektrod, gałwanokorozję obudowy sondy, namagnesowanie ruchomej części aparatury, prądy błądzące. Skład chemiczny płuczki może zmieniać wskazania PS. Podwyższenie pH redukuje anomalie PS. Płuczki potasowe zaniżają wartości potencjałów naturalnych. Krzywa PS charakteryzuje się brakiem wartości. Za umowne O przyjmuje się odcinki krzywej odpowiadające iłom, bo są b. mało przepuszczalne.

Statyczna i dynamiczna anomalia PS. Jeśli warstwa jest bardzo gruba to wartość U_PS = E_PS. a) statyczna E_PS - wywołana jest procesami dyfuzji, adsorbcji, filtracji i redox; b) dynamiczna U_PS - rejestrowana w otworze zmiana oporności PS, która reaguje bardzo silnie na czynniki związane z geometrią otworu, zmianami oporności, skały i płuczki. Odzwierciedla wpływy miąższości warstwy i zmiennej średnicy oraz oporności warstwy, skał otaczających, płuczki i ewentualnej strefy filtracji; obniża się ze wzrostem oporności warstwy jak i ze wzrostem oporności właściwej skał otaczających. Zawartość minerałów ilastych obniża mierzoną U_PS w stosunku do E_PS. Zastosowanie PS. do określenia litologii warstw; do korelacji między otworowej; do geologicznej interpretacji padomierzy; do oceny oporności właściwej wód złożowych; do określenia mineralizacji wód złożowych; do określenia zailenia poziomów zbiornikowych; do określenia środowiska sedymen. poziomów piaskowcowych; do wyznaczania miąższości (grad PS).

9. Prof. Potenc. Polaryzacji wzbudzinej (PW): Profilowanie PW wykorzystuje zdolność niektórych skał do polaryzacji, pod wpływem krótkotrwale działającego prądu elektrycznego lub w wyniku zachodzących w nich reakcji chemicznych utlenienia i redukcji. Potencjały polaryzacji wzbudzonej powstają w wyniku procesów: a) wzbudzanie wtórnych pól elektrycznych prądem.

Polaryzacja elektrodowa i objętościowa. Polaryzacja elektrodowa zachodzi w strefach okruszcowanych siarczkami, tlenkami lub też w węglach przy przechodzeniu prądu w takich ośrodkach zachodzi elektroliza, na powierzchni metali powstają mikroogniwa wodorowo - chlorkowe, które po wyłączeniu prądu wytwarzają wtórne pole elektryczne - pole polaryzacji wzbudzonej. Polaryzacja objętościowa zachodzi w skałach nasyconych wodami o różnym składzie chemicznym i stężeniu. Po wyłączeniu prądu następuje w nich deformacja elektrycznej warstwy podwójnej obecnej na granicy ciała stałego i cieczy. Elektoosmoza oraz utlenianie i redukcja. Wszystkie te powyższe procesy zależą od natężenia prądu, jego gęstości oraz od oporności ośrodka, składu mineralnego skał i wód złożowych. Potencjały polaryzacji wzbudzonej po wyłączeniu zanikają - charakter tego zaniku zależy również od własności ośrodka. b) wzbudzanie wtórnych pól elektrycznych na drodze reakcji typu utleniania i redukcj. Potencjały te powstają w skałach zawierających minerały siarczkowe lub tlenki o niskim stopniu utlenienia. Największe potencjały powstają w strefach okruszcowania siarczkowego. Powstają one na skutek utleniania siarczków tlenem pochodzącym z wprowadzonego do płuczki w tym celu utleniacza. Potencjały wzbudzone chemicznie rejestrowane są podobnym układem pomiarowym co krzywa PS.

10. Profilownie dielektryczne (PD): Przedmiotem pomiaru jest zmiana amplitudy oraz fali elektromagnetycznej na odcinku między dwoma odbiornikami. Sonda EPT zbudowana jest z 2 nadawczych i 2 odbiorczych anten. Zasięg sondy zależy od odległości między antenami odbiorczymi. Dielektryki - to ciała bardzo słabo przewodzące prąd. Wielkość określająca własności dielektryczne wyraża stała dielektryczna nazywana przenikalnością dielektryczną . Największą . ma woda bez względu na jej mineralizację i temperaturę.  = _r - _, gdzie  - stała dielektryczna, ₀ - przenikalność dielektryczna próżni, _r - niewymiarowa - dla wody w temperaturze 20'C = 80, dla węglow. 20'C = 25. Zastosowanie PS. do wykrywania złóż siarczkowych (okruszcowane dolomity); do wykrywania poziomów roponośnych zawierających ropę siarkową - najczęściej ujemne anomalie PW; do wykrywania węgli o wysokim stopniu uwęglenia.

RADIOMETRIA - obejmuje kompleks badań wykorzystujących naturalną i sztuczną promieniotwórczość skał oraz reakcje przez nie wywołane. W geofizyce największe zastosowanie ma promieniowanie gamm γ oraz mniej znane promieniowanie neutronowe. Promieniowanie wykorzystywane w pomiarach ma niewielki zasięg do kilkudzies. cm.

11. Profilownie gamma (PG): Polega na pomiarze wzdłuż otworu natężenia naturalnego promieniowania gamma γ, którego wielkość zależy od zawartości pierwiastków promieniotwórczych w skałach. Pomiary można przeprowadzać w otworach zarurowanych, rury nie stanowią przeszkody dla γ. Wartość rejestrowanego natężenia promieniowania gamma w dużym stopniu zależą od: rodzajów sondy, średnicy otworu, parametrów płuczki. Materiał ilasty w ośrodku skalnym wpływa na wielkość naturalnej promieniotwórczości tego ośrodka. Wyznaczanie zailenia na podstawie PG obciążone jest promieniotwórczością nie ilastych składników skał, co prowadzi do zaniżenia zawartości ilastych składników. Podstawowe minerały zaburzające związek promieniotwórczości z zaileniem to: skalenie (potas), miki (potas), substancja organiczna (uran), cyrkon, monacyt. Profilowanie gamma nie rozróżnia poszczególnych emiterów naturalnej promieniotwórczości, stąd służy tylko do wstępnej oceny litologii, a zwłaszcza do wydzielenia poziomów zailonych. PG powinno być wyrażane w API., dawniej były to impulsy na minutę. Profilowanie PG wymaga wprowadzenia poprawek na wpływ otworu i warstw cienkich. Źródła prom. γ: ²⁴Na, ⁶⁰C, ⁶⁵Zn, ¹³⁷Cs.

12. Oddziaływanie promieniowania gamma z materią. Najważniejsze to: a) absorbcja fotoelektryczna - oddziaływanie kwantu promieniowania z atomem w wyniku czego po pochłonięciu kwantu z atomu emitowany jest elektron o energii padającego kwantu pomniejszonej o energię jego wiązania w powłoce elektronowej; b) zjawisko Comptona - polega na elastycznym zderzeniu kwantu promieniowania z pojedynczym elektronem, w wyniku czego następuje zmiana kierunku kwantu połączona ze zmniejszeniem jego energii, której część przekazywana jest elektronowi; c) tworzenie par - padający kwant promieniowania oddziałując z polem jądra jest całkowicie absorbowany a na jego miejsce tworzy się para elektronowo - pozytonowa.

13. Aparatura i zastosowanie. Aparatura składa się z sondy i aparatury naziemnej. Można nią mierzyć równocześnie dwie krzywe np. PG i PNG. Detektorami promieniowania gamma są liczniki Geigera - Mullera (G - M), obecnie stosuje się wydajniejsze liczniki scyntylacyjne. Zastosowanie PG. do litologicznego wydzielenia skał w przekroju otworu; do korelacji warstw dla różnych otworów; do poszukiwań rud promieniotwórczych; do orientacji oceny własności kolektorskich skał.

14. Spektrometrycz. Prof. Naturalnej Promieniotwórcz (sPG): Umożliwia rozdzielenie promieniowania pochodzącego od różnych rodzin promieniotwórczych. Dzięki tej metodzie można jednoznacznie określić zailenie skał. Uzyskuje się indywidualne koncentracje toru, uranu i potasu. Można zbadać indywidualnie każdy z tych emiterów promieniowania naturalnego. Podstawą sPG jest rozróżnianie widm promieniowania gamma dla potasu, uranu i toru. Każdy z nich emituje swoje widmo o charakterystycznym kształcie. W celu określenia koncentracji K, U czy Th nie musimy rejestrować pełnych ich widm. Wystarczy wybrać pewne zakresy energii zwane oknami energetycznymi. Profilowanie sPG wymaga wprowadzenia poprawek na wpływ otworu i warstw cienkich. Wydziela się stosunki zawartości: a) Th/K - krzywa taka zwana jest TPRA i odzwierciedla obecność minerałów ilastych; b) Th/U - to TURA, pozwala identyfikować skały kwaśne w skałach magmowych oraz określa środowiska sedymentacyjne; c) U/K - to UPRA, pozwala wydzielać strefy ze zwiększoną zawartością bituminów związanych z materią organiczną; d) U/(ThK) - to UKTR; e) Th - w min. ciężkich (monacycie i cyrkonie).

15. Profilowanie gamma - gamma (PGG): Wykorzystuje pomiar promieniowania gamma. Źródło promieniowania jest w sondzie poniżej detektora i jest to najczęściej ¹³⁷Cs. PGG należy do metod aktywnych. Na pomiar rozproszonego promieniowania gamma duży wpływ ma otwór i strefa przyotworowa. Ostatecznie wyeliminowano ten wpływ wprowadzając dwudetektorową sondę. Stanowi ona kompensacyjne profilowanie gęstości. Pierwotne promieniowanie z sondy kwantów gamma o stosunkowo dużej energii - 0,6MeV kierowane do skały podlega rozproszeniu poprzez efekt Comptona. Fakt ten sprawia, że w skale rośnie liczba kwantów o coraz niższych energiach. Przy spadku energii rozproszonych kwantów gamma poniżej 0,15MeV zaczyna powstawać efekt fotoelektryczny zmniejszający liczbę kwantów niskoenergetycznych. Dzięki efektowi Comptona można zmierzyć gęstość objętościową skały. Natężenie rozproszonego promieniowania gamma zależy od liczby elektronów n zawartych w jednostce objętości ośrodka. n = N_Aρ(Z/A), gdzie N_A - stała Avogadra, ρ - gęstość skały, Z - liczba atomowa pierwiastka, A - ciężar atomowy pierwiastka.

Dla pierwiastków skałotwórczych stosunek Z/A jest w przybliżeniu skały, stąd wartość na w konsekwencji i natężenie rozproszonego promieniowania zależy tylko od gęstości skały. Natężenie rozproszonego promieniowania gamma jest tym większe im mniejsza jest gęstość skały.

16. Gęstościowe (PGGg) i Selektywne (PGGs) Prof. Gamma -G: Gęstościowe profilowanie (PGGg) mierzy wzdłuż odwiertu rozproszone wysoko-energetyczne promieniowanie gamma powstające w wyniku efektu Comptona. Jako źródło promieni gamma stosuje się izotop cobaltu ⁶⁰Co. Pomiędzy źródłem a detektorem umieszcza się ołowiany ekran eliminujący wpływ promieniowania ze źródła. Maksymalny zasięg to 15cm. Wskazania PGGg zależą od średnicy odwiertu, gęstości płuczki, grubości osadu ilastego. Zwiększenie odległości sondy od ścianki powoduje wzrost krzywej PGGg. Mineralizacja płuczki i wody złożowej nie wpływa na wskazania PGGg. Zastosowanie PGGg. do wykrywania surowców mineralnych - zwłaszcza węgli (duże różnice gęstości węgli i skał otaczających); do wyznaczania gęstości skał, a na jej podstawie porowatości oraz stanu zacementowania otworów. Selektywne profilowanie (PGGs) mierzy wzdłuż odwiertu rozproszone niskoenergetyczne promieniowanie gamma powstające w wyniku efektu fotoelektrycznego. Efekt taki zależy od zawartości w ośrodku pierwiastków o wysokich liczbach atomowych (Fe i Pb). Skały z takimi pierwiastkami mają znacznie obniżone, rozproszone promieniowanie gamma. Sonda jest taka sama jak w PGGg a źródłem są miękkie promienie gamma np. ¹³⁷Cs.

Zastosowanie PGGs. do wykrywania rud zwłaszcza Fe i Pb;

17. Profilowania neutronowe (PN): Fizyczna podstawa to różnica w neutronowych własnościach skał tj. zdolności skał do rozpraszania i pochłaniania. Źródłem neutronów są generatory neutronów. Źródła promieniowania neutronowego PGGs. a) źródła izotopowe - wykorzystują reakcję jądrową między cząsteczką  a berylem: ⁹B + ⁴He = ¹²C + ¹n + 5,71MeV. Najczęściej są to: Am - Be; b) źródła rozszczepieniowe kaliforn - ²⁵²Cf; c) źródła akceleratorowe (generatory neutronów). Oddziaływanie neutronów z materią. Neutron jako cząstka elektrycznie obojętna nie oddziałuje z atomami, ale z samymi jądrami. Zderzenie neutronów z jądrem prowadzi do jego odchylenia (rozproszenia) w polu sił jądrowych lub do jego pochłonięcia (wychwytu), połączonego z powstaniem jądra wzbudzonego wysyłającego różnego typu promieniowanie. Strumień promieniowania wskutek oddziaływania z materią ulega osłabieniu zgodnie z równaniem. I_(x) = I₀*e^-x, gdzie: I_(x) - gęstość strumienia kwantów po przebyciu przez niego w skale drogi x, x - odległość w jakiej mierzymy I, I₀ - wartość promieniowania w źródle,  - współczynnik osłabienia (adsorbcji) zależy od energii promieniowania gamma oraz od własności ośrodka (liczby kwantowej),  - jest sumą współczynników określających ilość promieniowania pochłoniętego dzięki efektowi Comptona _c, efektowi fotoelektr. _PH, i tworzeniu się par _P.   _c + _PH + _P.

Główne oddziaływania. a) zderzenia elastyczne - podstawowym oddziaływaniem zmniejszającym kinetyczną energię neutronu, czyli jego spowolnienia są zderzenia elastyczne. Istotna jest masa jądra z którym neutron się zderza. Największa strata energii jest gdy neutron zderza się z jądrem wodoru, którego masa jest prawie taka jak neutronu; b) zderzenia nieelastyczne - polegają na wniknięciu neutronu do jądra i wzbudzeniu go do pewnego stanu energetycznego, połączonego z natychmiastową emisją kwantu gamma oraz opuszczeniu jądra przez neutron o znacznie mniejszej energii. Zachodzą jeszcze w czasie impulsu szybkiego neutronu; c) radiacyjny wychwyt neutronu - neutron jest pochłaniany przez jądro, które natychmiast emituje promienie gamma o energiach charakterystycznych dla danego pierwiastka. Zachodzi w okresie odpowiadającym istnieniu neutronów termicznych. Wychwyt radiacyjny może dostarczyć informacji wielu o pierwiastkach. Umożliwia rozdzielenie litologii wapiennej od piaskowcowej; d) aktywacja - w tym oddziaływaniu powstają jądra promieniotwórcze, rozpadające się z określonym czasem półrozpadu i emitujące promieniowanie określonego typu i energii. Aktywacji ulegają neutrony szybkie - wysokoenergetyczne i niskoenergetyczne (termiczne i nadtermiczne).

18. Zasada powstawania profilowań PN: Neutron szybki po emisji krótkiego impulsu momentalnie pojawia się w przestrzeni okołootworowej tj. od kilkudziesięciu cm od źródła. Ilość neutronów z upływem czasu i oddalaniem się od źródła szybko maleje z powodu geometrii ośrodka i oddziaływania z nim. W wyniku kolejnych zderzeń neutron traci energię i przechodzi z wyższych poziomów energetycznych do niższych: neutron szybki - neutron przejściowy - neutron nadtermiczny - neutron termiczny. W następnych mikrosekundach pozostają w skale tylko neutrony spowolnione (nadtermiczne i termiczne). Najdłużej w skale pozostają neutrony termiczne, które są w równowadze termicznej z ośrodkiem. Neutrony szybkie wskutek oddziaływań elastycznych i nieelastycznych przechodzą w neutrony nadtermiczne a te z kolei w termiczne. Wychwyt neutronów następuje po niskich energiach. Dysponując impulsowym generatorem neutronów można kontrolować i obserwować to co się dzieje w ośrodku po zainicjowaniu impulsu. Pierwsze profilowania neutronowe polegały na rejestracji wtórnego promieniowania gamma, powstającego w wyniku radiacyjnego wychwytu termicznych neutronów przez jądra pierwiastków z ośrodka. Sondy wyposażone były w źródło neutronów oraz jeden detektor - profilowania neutron - gamma (PNG). Kalibracja sondy - procedura prowadząca do określenia związku między wskazaniami sondy pomiarowej, a interesującymi nas parametrami ośrodka. jest kilka metod standaryzacji metod: metody empiryczne, teoretyczne, półempiryczne. Standaryzacja sond - procedura pozwalająca sprawdzić czy wskazania danej sondy odpowiadają warunkom w jakich została wykalibrowana.

19. Profilowania neutron - gamma (PNG): Polega na rejestracji wzdłuż otworu wtórnego promieniowania gamma, powstającego w wyniku radiacyjnego wychwytu termicznych neutronów przez jądra pierwiastków z ośrodka. natężenie wtórnego promieniowania gamma głównie zależy od składu skały, różne bowiem pierwiastki dają przy radiacyjnym wychwycie neutronu charakterystyczne pod względem składu spektralnego promieniowanie gamma. Rejestrowane natężenie na krzywej PNG zmniejsza się przy zwiększaniu się zawartości wodoru oraz zwiększa się przy wzroście zawartości chloru. Wodór charakteryzuje się największą zdolnością spowalniania neutronów. Chlor najintensywniej wchłania neutrony termiczne. Zastosowanie PNG. wraz z PG i PO do wydzielania w przekrojach otworów warstw porowatych i zbiornikowych; do określania zawartości wodoru w skałach (porowatości); do wydzielania piaskowcowych skał gazonośnych; do określania kontaktu gaz - woda lub ropa - gaz. Stacjonarne profilowania neutronowe. Źródła neutronów są nie impulsowe. Wokół źródła ustala się wtedy pewna równowaga między strumieniami neutronów o różnych energiach. Stacjonarne pomiary neutronowe są dziś najczęstsze. Nowe sondy do profilowań neutronowych mają liczniki rejestrujące bezpośrednio neutrony. Najczęściej stosowane są profilowania neutron - neutron termiczne PNNt rzadziej profilowania neutron - neutron nadtermiczne PNNnt. Natężenie neutronów termicznych rejestrowanych przez PNNt zależne jest od zawartości wodoru i chloru w skale oraz innych pierwiastków intensywnie pochłaniających termiczne neutrony np. bor. Powyższe profilowania obciążone są wpływem otworu.

20. Aparatura profilowań neutron - gamma PNG: W celu zmniejszenia tego wpływu stosuje się sondy kompensacyjne, wyposażone w 2 detektory o różnych odległościach od źródła. Gdy stosujemy sondy krótkie do 10cm to rejestrują one wzrost wskazań wraz ze wzrostem ilości wody (wodoru). Sondy długie powyżej 30cm rejestrują wskazania odwrotnie niż krótkie tj. maleją wskazania gdy jest więcej wody (wodoru) - podobnie jest z zawartością chloru. Dlatego sól kamienna i skały zawierające wodór zaznaczają się na krzywych minimami a skały zwięzłe (nie ilaste: anhydryt, dolomit i inne) - maksimami. Sondy długie są czulsze na zmiany porowatości niż krótkie, dlatego są częściej stosowane. Na wskazania krzywych wpływa ośrodek i otwór. Skała wpływa głównie poprzez porowatość oraz rodzaj płynu złożowego. Istotny wpływ ma też materiał ilasty. Stosuje się poprawki na te wpływy. Aby wyliczyć porowatość z metod neutronowych uwzględnia się wpływ zailenia. Wzór:   _N - V_sh_Nsh, gdzie  - rzeczywista porowatość skały, _N - porowatość neutronowa wynikająca ze wskazań sondy neutronowej, V_sh - zawartość substancji ilastej z PG lub sPG, _Nsh - zawartość wody w substancji ilastej. Stosuje się też poprawki na średnicę otworu. Wpływy pierwiastków absorbujących eliminujemy stosując PNNnt - impulsowe profilowania neutronowe. Stosuje się w nich generatory neutronowe dające najlepsze rozpoznanie przez oddziaływanie neutronów. Mierzy się w niej czas życia neutr. termiczn.

Wyznacza się w ten sposób kontakt woda - ropa. Obecnie stosowane są sondy APS, wyposażone w generator neutronów i szereg liczników neutronów termicznych i nadtermicznych. Pomiar czasu spowalniania neutronów nadtermicznych pozwala wyznaczyć ilość wodoru w skale.

21. Profilowania neutron - neutron (PNN) i Spektometryczne Profilowanie neuton - gamma (sPNG): PNN rejestruje się gęstość (natężenie) neutronów w pewnej odległości od źródła. To co o PNNt i PNNnt wyżej. Wskazania PNNt maleją (rosną), gdy rośnie zawartość wodoru - sondy długie (krótkie). Duży jest wpływ otworu. Zalety PNN. w PNNnt eliminuje się wpływ składu chemicznego skał, gdyż natężenie neutronów nadtermicznych zależy tylko od zawartości wodoru.; PNN ma wyższą czułość niż PNG; PNN nie rejestruje tła promieniotwórczego pochodzącego od pierwiastków radioaktywnych i źródła. Zastosowanie. PNN umożliwia jakościową ocenę mineralizacji wody porowej. W sPNG rejestrowane może być w wariancie z generatorem i bez impulsowym i nie impulsowym. W profilowaniu tym ma zastosowanie fakt, iż w wyniku zdarzeń nieleastycznych neutronu ze skałą rejestrowane są tlen i węgiel oraz wapń i krzem. obliczenie stosunku C/O umożliwia bezpośredni pomiar HC. Jest to jedyna otworowa metoda jądrowa wyznaczająca zawartość C w skale.

22. Profilowanie akustyczne (PA) - idea i pomiar:

Idea. Wykorzystuje prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w skale. Prędkość ta zależy od: porowatości, obecności szczelin, nasycenia porów mediami, gęstości, struktury i tekstury, składu mineralnego, i innych. Wzór ogólny. _og = (T^PA - T_ma)/(T_f - T_ma) - V_sh  (T_sh - T_ma)/(T_f - T_ma), gdzie T - czas interwałowy. Dalej. ^PGG = (δ_ma- δ^PGG)/ (δ_ma- δ_f) dla PGG oraz ^PA = (T^PA - T_ma)/(T_f - T_ma). Wyróżnia się tu dwa rodzaje PA: a) PAP - profilowanie akustyczne prędkości (badanie prędkości rozchodz. się fal w skale); b) PAT - profilowanie akustyczne tłumienia (badanie zjawiska tłumienia fal).

Pomiar PA. Pomiar sprowadza się do pomierzenia czasu przejścia fali akustycznej od źródła do odbiornika. Sonda ma nadajnik(i) magnetostrykcyjny wysyłający fale akustyczną. Czas trwania impulsu jest krótki i powtarza się z pewną częstotliwością. Fale rozchodzą się w płuczce i padają pod różnymi kontami na granicę dwóch ośrodków - płuczki i skały. Doznają załamania i odbicia. Przy kącie granicznym padania fal kąt załamania wynosi 90', fala doznaje refrakcji (ślizga się) po granicy dwóch ośrodków z prędkością graniczną równą prędkości w formacji V_p. Po pewnym czasie fala ta jest rejestrowana przez odbiornik ,,piezometryczny'' lub kilka odbiorników w sondzie. Podczas pomiaru rejestrowane są czasy przebiegu fal od nadajnika do: a) najbliższego odbiornika O₁: T₁ = (NA/V_f ) + (AB/V_p ) + (BO₁/V_f); b) dalszego odbiornika O₂: T₂ = (NA/V_f ) + (AC/V_p ) + (CO₁/V_f); c) czas interwałowy T to: T = (T₂-T₁)(s/m) więc T = (AC-AB)/V_p=BC/V_p=O₁O₂/V_p.. Odległość między odbiorn. to baza sondy l.

23. Rejestracja i interpretacja PA. Rejestrację zaczyna się od pierwszego wystąpienia fali podłużnej, biegnącej od nadajników przez płuczkę. Pomiar zakłóca nachylenie sondy w otworze - stosuje się więc centralizatory. Wpływ otworu eliminuje się stosując sondy kompensacyjne zawierające kilka nadajników i kilka odbiorników. Stosuje się poza tym sondy rejestrujące fale S i P oraz inne typy - sondy długie LSS. Sondy do pomiarów akustycznych obrazów falowych zawierające 12 odbiorników i 4 nadajniki - sondy EVA. Podczas rejestracji musi być w otworze płuczka bo inaczej sygnał będzie całkowicie tłumiony. Rejestrowane obrazy czasowe można przedstawić w formie wykresów amplitudowo - czasowo - głębokościowych, bądź też przez zaciemnienie max i minimów. Na podstawie wykresów można przystąpić do interpretacji jakościowej umożliwiającej wydzielenie wstępnie stref zbitych o drobnych własnościach sprężystych, stref rozluźnionych, spękanych zaznaczających się silnym tłumieniem fal. Interpretacja ilościowa pozwala określić czasy interwałowe i prędkości rozchodzenia się fal. Na podstawie wyznaczonych V_p i V_s oraz krzywej zmian gęstości (z PGG) można określić moduły sprężystości, Younga, odkształcenia postaci, odkształcenia objętości oraz współczynnik Poissona. Każda skała ma swoje moduły i prędkości. Najniższe wartości prędkości mają skały o dużej porowatości. Obecność zailenia oraz gazu obniża prędkości fal. Prędkość fali w cieczy zależy od jej składu chemicznego, gęstości, zasolenia, ciśnienia i temperatury. Zastosowanie PA. do określenia prędkości warstwowej, którą można wyznaczyć przez obserwację anomalii - krzywych akustycznych; do wyznaczenia współczynnika porowatości ogólnej; do określenia parametrów sprężystych skał; do rozróżnienia typu skały tj. czy są nasycone ropą, gazem oraz pustek skalnych;

24. Wzór określający współczynnik porowatości i nasycenia: Wzór Archiego. Ogólnie R_t⁰/R_w = a/_ef^m, gdzie R_t⁰ - oporność formacji nasyconej wodą (oporność skały), R_w - oporność wody ją nasycającej, a - współczynnik odsortowania (zależy od struktury i tekstury skały),  - współczynnik porowatości (efektywnej), m - współczynnik zwięzłości. Wzór Archiego. F = 1/², czyli F = R₀/R_w = R_i/R_{mf- w} = R_x0/R_mf, gdzie: F - parametr porowatości, R_o - oporność właściwa warstwy w 100% nasyconej wodą złożową, R_w - oporność właściwa wody złożowej, R_i - oporność właściwa strefy filtracji, R_{mf- w} - oporność właściwa mieszaniny filtratu płuczki i wody złożowej, R_xo - oporność właściwa strefy przemytej. Można wyzn.: R_w - na podstawie profilowania PO, P_mf - znając oporność płuczki, P_{mf- w} - ze wzoru: 1/R_{mf- w} = (1-z)/R_w + z/R_mf.

25. Wyznaczanie Współczynnika Przepuszczalności: Ruch cieczy jednorodnej w ośrodku porowatym odbywa się zgodnie z równaniem Darcy'ego: Q = K(S/)(dp/dx), gdzie Q - ilość przepływu cieczy w jednostce czasu, K - współczynnik przepuszczalności absolutnej,  - lepkość cieczy, S - przekrój poprzeczny, dP/dx - gradient ciśnienia. Jeśli mamy do czynienia z jednym medium w skale przepuszczalność absolutna (K_ro) jest stała. Jeśli jest kilka mediów to określa się współczynniki przepuszczalności efektywnej (K_ru) lub fazowej dla danego medium. Przepuszczalność względna to stosunek przepuszczalności efektywnej do absolutnej. Poszukuje się związku między porowatością efektywną (pory połączone) a przepuszczalności. O przepuszczalności decydują: rozmiary porów, kawern, szczelin, ich kształty i sposoby komunikacji. Podstawową relacją łączącą porowatość z przepuszczalnością jest wzór Kozeny - Carmana: K = ³(fS²T²)^-1, gdzie: S - powierzchnia właściwa porów, T - krętość kanałów porowych, f - współczynnik uwzględniający formę kanałów porowych (można przyjąć f = 2). Powyższy wzór obowiązuje jedynie w ośrodku jednorodnym. Parametr T można wyznaczyć ze wzoru na krętość dla przepływu prądu elektrycznego: T = F  .

26. Rozpoznanie Litologii Oraz Ocena Miąższości Warstwy Na Podstawie PO. Profilowanie oporności wykonywane jest za pomocą dwóch zestawów sond: 1. IL_d - profilowanie indukcyjne dalekiego zasięgu; IL_m - profilowanie indukcyjne średniego zasięgu; LL₃ - profilowanie indukcyjne krótkiego zasięgu; 2. LL_d - laterolog głębokiego zasięgu; LL_{s -} laterolog średniego zasięgu; MSFL - sonda mikrosferyczna sterowana krótkiego zasięgu. Sondy zgrupowane są w zestawy w celu zbadania trzech stref powstałych wokół otworu. Sondy LL₃ i MSFl dają informacje o oporności strefy przemytej, czyli najbliżej otworu i najbardziej zmienionej. Sondy IL_m i LL_s informują o strefie filtracji, natomiast sondy IL_d i LL_d dają informacje ze strefy nienaruszonej. Zasięg sondy związany jest z jej długością i odpowiada w przybliżeniu połowie długości sondy. Informacje z sond przedstawia się na wykresach zmian oporności pozornej w funkcji głębokości badania sondy. 1. Kiedy krzywe ze wszystkich trzech sond: biegną razem - to wiemy, że skały są nieporowate i nieprzepuszczalne; biegną osobno - to wiemy, że skały są porowate i przepuszczalne; 2. Jeśli wartości oporności: są małe - to możemy wnioskować iż są to skały ilaste; są wysokie - to możemy mieć do czynienia z p-cami, sk. węglanowymi lub wulka-nicznymi; skały zawierające węglowodory mają wysokie oporności; skały zawodnione mają niskie oporności; filtrat płuczkowy ma > oporność od wód złożowych, ale < od węglowodorów, dlatego strefy przyotworowe mają zmienioną oporność.

27. Wyznaczanie Współ. Porowatości Efektywnej Na Podstawie PO. W skałach niezailonych o oporności inergranularnej współczynnik porowatości efektywnej można wyznaczyć na podstawie znajomości rzeczywistej oporności skały w strefach przemytej, filtracji i nie zmienionej ale przy znajomości medium. Do tego celu wykorzystuje się równanie Archie'go: F = 1/², czyli F = R₀/R_w = R_i/R_{mf- w} = R_x0/R_mf, gdzie: F - parametr porowatości,  - współczynnik porowatości efektywnej, R_o - oporność właściwa warstwy w 100% nasyconej wodą złożową, R_w - oporność właściwa wody złożowej, R_i - oporność właściwa strefy filtracji, R_{mf- w} - oporność właściwa mieszaniny filtratu płuczki i wody złożowej, R_xo - oporność właściwa strefy przemytej. Co można wyznaczyć: R_w - na podstawie profilowania PO, P_mf - znając oporność płuczki, P_{mf- w} - ze wzoru: 1/R_{mf- w} = (1-z)/R_w + z/R_mf.

28. Wyznaczanie Współ. Porowatości Ogólnej Na Podstawie PA. Do tego celu pomocne jest równanie Wylliego zwane też równaniem czasu średniego: 1/V = /V_f + (1-)/V_ma, gdzie: V - prędkość fali w skale, V_f - pręd. fali w cieczy nasycającej pory, V_ma - pręd. fali w szkielecie skalnym lub inaczej:  = (T - T_ma)/(T_f - T_ma).

---