Студопедия
Новини освіти і науки:
МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах


РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання


ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ"


ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ


Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків


Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні


Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах


Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами


ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ


ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів



Природна гамма-активність продуктивних порід

 

Геофізичні дослідження контролю процесу розробки нафтогазових родовищ дозволили встановити значне підвищення інтенсивності природної гамма-активності напроти обводнених продуктивних пластів. Встановлене явище М.Х. Хуснуліним, Ф.А. Олексієвим [ ] розглядалося як радіогеохімічний ефект, який обумовлений тим, що у процесі витиснення нафти водою на передній частині фронту витиснення, підвищується концентрація і змінюється ізотопний склад природних радіоактивних елементів. Концентрація ізотопів радію у радіоактивній облямівці пластових вод підвищується до 1.81.106 Бк/м3, що приблизно у 100 разів більше концентрації ізотопів радію у пластових водах за контуром нафтоносності.

Об’ємна гамма-активність гірської породи (дальше “об’ємна активність”) є сума активностей її компонентів. Представимо модель породи трьома компонентами – тверда фаза, залишкова вода, нафта або газ, які характеризуються об’ємними активностями відповідно аgтв, аgв, аgн(г). Об’ємна активність породи описується виразом:

 

, (3.13)

 

де, kn, kн(г) – відповідно коефіцієнти пористості і нафто- , газонасиченості.

Природна радіоактивність пов’язана з умовами утворення відкладів окремих літотипів і вмістом в них природних радіоактивних елементів. З цього приводу розглянемо природу накопичення радіоактивних елементів в гірських породах.

Сполуки урану при руйнуванні гірських порід транспортуються у вигляді уламкового матеріалу або переходять під дією поверхневих і ґрунтових вод в розчин і мігрують в басейн осадонакопичення. Первинні уранові мінерали зустрічаються частіше в гранітних пегматитах та породах, що утворились при застиганні залишкової силікатної магми. До основних мінералів відносяться UO2 і уранова смоляна руда U3O8, яка вміщує невелику кількість Th. В процесі міграції ці руди підлягають впливу води і розчинів солей, внаслідок чого утворюються вторинні мінерали, такі як: уранілванадад калію K2(UO2)2(VO4)2 . nH2O, отеніт Ca(UO2)2(PO4)2 . nH2O і інші. В водних розчинах уран може знаходитись у декількох валентних сполуках. Частіше в водних розчинах зустрічається UСl3. Уран дуже вільно утворює комплексні сполуки. Особливо міцні комплекси утворюються з такими комплексоутворювачами, як: карбонат-, ацетат-, фосфат-, сульфат-іони. Сполуки урану з вуглецем утворюють карбіди урану UC, UC2, U2С3, які реагують при нормальних умовах з водою і утворюють при цьому Н2 і суміші різних вуглеводнів. Суміш U2С3 з водою не реагує. При міграції, розчин урану збагачують глибоководні відклади, до яких відносяться глини, аргіліти, мергелі, вапняки осадкові.

Такий характер розподілу урану обумовлює присутність в тонкодисперсних частинах породи комплексних солей урану за рахунок тільки адсорбційних процесів, і тому концентрація U(Ra) в глинистих породах буде обумовлена мінеральним складом глинистої фракції, тобто її адсорбційним властивостям. В породах, які характеризуються уламковим матеріалом в скелеті, можливі залишки первинних і вторинних уранових мінералів, які дійсно можуть приводити до порушення пропорції зв’язку глинистості з радіоактивністю.

Проведені дослідження розподілу урану в гірських породах ДДЗ і Передкарпаттявказують на підвищені значенняконцентрацій урану в аргілітах нафтових родовищ (в середньому концентрації U(Ra) = 5,2 – 11,4 . 10-4 %). Така характеристика може порушити пропорцію з адсорбційними властивостями відкладів. Питання про форми зв’язку урану з органічною речовиною є достатньо складним [18,19]. Допускається, що в продуктах бітумного ряду вміст урану може бути як у формі уранових мінералів, так і у формі уран органічних сполук.Але для гумусових речовин характерна відсутність мінеральних форм знаходження урану. Сполуки урану і вуглеводнів реагують з водою. Склад і будова органічної речовини являється дуже складною. При розщепленні вихідного рослинного залишку, який складається з вуглеводнів, білків, лігніну, смол, жирів, в породах можуть виникати різні продукти розпаду. Одночасно ідуть процеси синтезу з утворенням більш складних органічних сполук. Так, внаслідок процесів синтезу іде гуміфікація органічних залишків, тобто утворення нової речовини – гумусу, яка не існує у вихідних органічних залишках і продуктах їх розпаду. Гумус має широке розповсюдження в органічних речовинах гірських порід. В деяких випадках його вміст доходить до 80 – 90 % від загальної кількості органіки. На наш погляд головною фізичною характеристикою гумінових кислот є те, що вони не є компактними, а мають “губчасту” будову з мікропорами. Будова гумінових кислот характеризує їх дуже високі сорбційні властивості [20 Готих]. З представленого витікає, що концентрація урану в породах пов`язана також з адсорбцією сполук урану з розчинів; підвищені значення концентрацій обумовлені високими сорбційними властивостями гумітів. Роботами Дж. Вайна показано, що гумусові утворення вміщують в 10 разів більше урану, ніж сапропель осаду болота. Ця робота в певній мірі підтверджує наші припущення.

Сполуки торію, які розташовані в гірських породах характеризуються основними мінералами: торіанідом ThO2 з домішками урану і церію, торітом і гуттонітом, які є силікатами торію Th(SiO4)4, монацитом. Мінерали торію зустрічаються в пегматитах, апатитах. Вищий окисел ThO2 характеризується високою стабільністю і є стійкою сполукою, а нижчий окисел ThO має металевий зв’язок і достатньо нестійкий. В водних розчинах торій знаходиться тільки в чотирьохвалентному стані. Більшість солей торію важкорозчинна у воді. Важкорозчинний у воді і гідроокисел торію Th(OH)4, який виділяється з водного розчину в вигляді гелевого осаду при додаванні лугу або гідроокислу, але може розчинятися у комплексоутворювачах, наприклад, у карбонатах. Важкорозчинні сполуки торію після міграції, внаслідок руйнування гірських порід, розташовані в уламкових і акцесорних мінералах. При транспортуванні в водних потоках торій переходить в колоїдний розчин і в такій формі може мігрувати на великі глибини басейну осадонакопичення і тим самим збагачує глинисті породи. Такий шлях міграції є загально прийнятою моделлю зв’язку торію з характеристиками гірських порід [22 Алексеев]. Але, за даними досліджень [ ] сполуками торію можуть також бути розчинні солі, до яких відносяться нітрат, сульфат і хлорид торію. Тh(NO3)4 кристалізується з 4, 5 і 6 молекулами води. Найбільш стійкий Тh(NO3)4 .2О, який дуже добре розчиняється у воді. Відмічена нами наявність сполук торію, які можуть розчинятися у воді, дозволила пояснити в значній мірі характер розподілу торію в деяких інтервалах розрізів з високим ступенем зв’язку дисперсних частинок і вмістом торію.

Наведені властивості сполук торію дозволяють характеризувати розповсюдження елементу торію у вигляді уламкових залишків, що залишаються в породі при руйнуванні або транспортуються в водному потоці з колоїдами і механічними уламками, а також, нами припускається, можливість міграції торію в розчині. Доля розчинених торієвих сполук набагато менше уламкових. При моделюванні природної радіоактивності використовуватимуться розглянуті особливості розподілу торію в породах.

Присутність калію обумовлена в основному закономірностями розподілу глинистих мінералів. Калій знаходиться тут не тільки в мінеральній формі , але й в формі сорбованій. Розподіл глинистих мінералів в межах одного родовища і навіть в межах одного структурного горизонту пов`язаний з дуже складними співвідношеннями мінерального складу [68]. Глинисті мінерали різняться суттєво за параметрами адсорбційних властивостей. Так, наприклад, каолініт за величиною ємності катіонного обміну в 20 разів має менше значення у порівнянні з монтморилонітом. Таким чином, зміна концентрації калію в гірських породах тісно пов’язана з кількістю і мінеральним складом глинистого цементу. В деякий мірі за рахунок сорбційних властивостей концентрація може бути пов’язана з вмістом розчинних сполук калію в басейні осадонакопичення. В роботі Ф.А. Алексєєва [69] наведена інформація про те, що наявність двох джерел зносу теригенного матеріалу в ордовикському і сілурському басейнах седиментації Балтійської синеклізі визначило наявність двох зон з підвищеним вмістом калію у відкладах прибережної і глибинної частин шельфу, яка також підтверджує наші висновки.

Внеском активності газу, нафти, а у більшості випадків пластової води в загальну активність гірської породи можна знехтувати. Внесок активності води може бути помітний іноді у зоні водонафтового контакту, а також в обводнених пластах в процесі розробки родовища.

Важливе значення серед радіоактивних елементів мають ізотопи радію 226Ra (сімейство урану 238U, період напіврозпаду – 1600 років) і 228Ra (сімейство торію, період напіврозпаду 6,7 років), а також більш короткоживучі продукти їх розпаду.

Оскільки за своїми хімічними властивостями Ra істотно відрізняється від U і Th, то розподіл радіоактивних елементів між компонентами породи може не співпадати з розподілом U і Th.

Так у водах нафтових родовищ концентрація урану є мала (до n.10-6 кг/м3, частіше n×10-7 - n×10-8 кг/м3), концентрація радію може бути значно вищою від рівновагової кількості за рахунок вилуговування із твердої фази. Високою здатністю вилуговувати уран володіють високомінералізовані хлористі води, що є характерним для багатьох нафтових і газових родовищ, особливо в застійних зонах водонафтових і газоводяних контактів.

На деяких нафтових родовищах причиною підвищення вмісту радію у зонах ВНК можуть служити пластові води, які проникають із горизонтів порід, що залягають нижче, при наявності тектонічних порушень, які більш радіоактивні. У цих зонах спостерігаються підвищені концентрації Ва, Br, I, H2S, CH4 і вміст 228Ra може в 103 – 104 раз перевищувати його концентрацію, відповідно до радіоактивного зрівноваження з ураном. Більшою здатність вилуговувати має залишкова вода порового простору колектора. Об’єм води на одиницю об’єму породи у продуктивній частині в 1/Кв раз нижче, ніж у водоносній частині пласта, при рівних значеннях Кn. А тому, утворений радій за рахунок вилуговування із породи концентрується у меншому об’ємі води, а його вміст може бути значно вищий (в межі 1/Кв раз), ніж у вільній воді нижче контактів.

Розглядаючи причину перерозподілу радіоактивних елементів не слід нехтувати тим фактом, що може бути перехід радію із нафти у зв’язану і законтурну воду. Коефіцієнт рівнозваженого розподілу радію в системі нафта – вода, тобто відношення концентрацій радію у нафті і у воді (СRанRав) при термодинамічній рівновазі для деяких родовищ складає 3×10-4 [Хуснул]. Це дає підстави вважати, якщо вміст радію в нафті перевищує 0,03% від його вмісту у воді, то може відбуватися перехід радію із нафти у воду.

Змішування нагнітальних вод з високоактивною залишковою водою порового простору покладу приводить до утворення відносно високорадіоактивної облямівки води на фронті витіснення. Об’ємна радіоактивність порід на фронті витіснення у цьому випадку дорівнює:

 

(3.14)

 

де, К – відношення активності води в облямівці до активності вільної води пластової (аgв);

Кнго – коефіцієнт залишкового нафтогазонасичення.

Об’ємна активність нафтогазоносного пласта до обводнення (гамма-активністю нафти нехтуємо):

 

(3.15)

 

де, К’ – відношення активності зв’язаної води до активності вільної (законтурної) води.

Відносна зміна гамма-активності пласта при його обводненні дорівнює:

. (3.16)

Прийнявши , одержимо:

 

. (3.17)

 

Зменшення величин Кn, Кнг–Кнго, аgвgтв призводить до зниження аномального ефекту до 5-10%.

Після проходження високоактивної облямівки радіоактивність пласта зменшується і в багатьох випадках наближається до активності пласта до початку обводнення.

В той же час, повторні виміри гамма-методом у свердловинах, що обводнюються, свідчать про багаторазове підвищення інтенсивності природного гамма-випромінювання, і при цьому високі значення інтенсивності ГК зберігаються з часом, хоча спостерігається не велике зменшення.

Встановлено, що радіогеохімічний ефект проявляється за рахунок накопичення радіоактивних речовин на поверхні цементного каменю, обсадних колон і насосно-компресорних трубок. Основний накопичувач барію і радію є цементне кільце, але частина іонів Ва2+, Ra2+ і частина радіобариту (або радіокальциту) може стримуватися і в присвердловинній зоні пласта. Таким чином, накопичення радіобариту і радіоактивного кальциту на поверхні цементного каменю напроти продуктивних пластів, що заводнюється, є додатковим фактором збільшення природної радіоактивності і має важливе значення для визначення інтервалів заводнення нафтоносних пластів.

Коли вода високоактивної облямівки поступає в ствол свердловини, іони Ва2+, Ra2+ і мікрочастинки радіобариту (або радіокальциту) сорбуються на обсадній колоні, підземному обладнанні, що приводить до виникнення шубних аномалії радіоактивності. Імовірні випадки реєстрації радіоактивних аномалій і у інтервалі не обводнених пластів, що затрудняє інтерпретацію даних ГК.

Описаний механізм виникнення радіогеохімічних аномалій, ймовірно, найбільше поширений на нафтових родовищах, а на газоконденсатних родовищах можуть існувати і інші механізми утворення радіогеохімічних ефектів.

Необхідно підкреслити, що радіогеохімічний ефект встановлено і при любому механізмі виникнення залежить від великого числа факторів і спостерігається лише на деяких родовищах і не в усіх свердловинах одного і того ж родовища. А тому, щоб ефективно застосовувати ГК для контролю розробки необхідно проводити додаткові дослідження у кожному нафтогазоносному районі, а іноді і на окремих відповідних родовищах для уточнення умов і механізмів виникнення радіогеохімічного ефекту, його зв’язку з заводненням і іншими процесами, уточнення кола завдань, які можуть бути розв’язані з його використанням.

 


Читайте також:

  1. II. Ріст репродуктивних бруньок
  2. Абразивність гірських порід і геостатична температура
  3. АКТУАЛЬНI ПРОБЛЕМИ І ЗАВДАННЯ КУРСУ РОЗМIЩЕННЯ ПРОДУКТИВНИХ СИЛ УКРАЇНИ
  4. Акустичні характеристики порід
  5. Біостратиграфічні методи визначення віку порід
  6. Будова гірських порід
  7. БУРИМІСТЬ ГІРСЬКИХ ПОРІД
  8. Взаємозв’язок характеристик порід, визначених при статичному і динамічному втискуванні
  9. Вивітрювання гірських порід
  10. Види щеплення плодових порід.
  11. Визначення показників механічних властивостей гірських порід методом статичного втискування штампа
  12. Визначення твердості гірських порід




Переглядів: 1075

<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Діелектрична проникність гірських порід | Нейтронні характеристики порід

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

  

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.014 сек.