钻孔伽玛测井影响因素探讨

2023-01-12

前言

γ测井是普查勘探放射性矿床的一种基本的钻井地球物理方法。它是用测井辐射仪沿钻孔测量岩石和矿石的天然γ射线照射量率 (或计数率) , 根据γ场的分布确定钻孔所穿过的放射性矿床的位置、厚度以及其中放射性元素的含量。此外, γ测井资料也可以用来划分放射性元素含量分布有差异的岩层界线。

γ测井结果的准确性对矿体资源量估算起到决定性的指导作用。而影响γ测井结果的因素非常多, 下面就针对氡气、放射性水、仪器检查和参数设置等方面分析其原因及排除方法。

1. 氡气对γ测井结果的影响及排除方法

1.1 氡气介绍

在南方花岗岩地区, 铀矿一般都是发育在硅化、赤铁矿化的碎裂花岗岩中, 成矿带裂隙较多, 氡气容易从裂隙中逸出, 扩散至钻孔中。由于氡的扩散和运移, 对γ测井会产生影响, 从而导致测井所得的资料失真。在γ测井中, 为了保证测井资料的真实、可靠以及准确反映铀矿矿石中铀的位置、厚度及含量, 就必须消除γ测井中氡的影响。

氡是一种放射性气体, 属于惰性气体。它的化学性质十分稳定, 物理性质比较活泼。它的比重大于空气并可溶于水。自然界的三个天然放射性系列中都有氡气及氡子体的存在。本文所指氡一般是指铀系中的222Rn, 其他钍系、锕系中的氡的同位素220Rn (半衰期54.5s) 、219Rn (半衰期3.96s) , 由于半衰期太短对γ测井影响不大。铀系222Rn的半衰期为3.825天, 222Rn在经过两次α衰变和一次β衰变后生成214Bi, 222Rn的衰变过程如下:

其中, 氡子体214Bi (也叫做Ra C) 是铀系中最主要的γ辐射体, 它在衰变过程中所放出的γ射线能量占整个铀系核素γ射线能量的85%。在整个铀系中近98%的γ射线强度是由镭组中Ra B (214Pb) 及Ra C产生的, 铀组仅占总γ射线强度的2%左右, 因此即便氡及氡子体的含量不高, 对γ测井依然会有很大的影响。

1.2 氡气对测井的影响

(1) 当钻孔是干孔时, 在钻孔穿过矿带后, 含矿裂隙中如果含有氡气就会顺着裂隙逸出, 向孔内扩散, 氡气所衰变成的放射性子体也会附着在孔壁上。终孔后, 在γ测井过程中就会出现正常岩石变成异常段甚至矿段, 出现大量的假异常现象, 同时, 矿段的品位得到提升, 测井曲线产生严重畸变。

(2) 当钻孔中充有井液时, 氡气的扩散速度要相对缓慢, 开始时只在矿层附近造成干扰。停钻, 冲洗孔2~3日后, 钻孔内γ照射量率有一定增加, 此时测井曲线的形状与穿过矿层立即测井的曲线相似。222Rn的扩散致使矿体品位偏高, 如果分布均匀, 将会对矿层厚度造成影响 (图1) 。

氡的运移和扩散受温度、压力、地下水活动等诸多因素的影响, 使氡扩散、运移的速度, 及所达到饱和度的时间也不尽相同, 同时氡的影响也随着矿层深度的不同而不同。因此氡的影响在钻孔并无固定规律可循。

1.3 氡气影响的消除办法

(1) 钻进过程中, 钻孔刚刚穿过含矿带或是矿层时进行一次中间测井, 并且在测井前不停止冲洗钻孔, 这种钻孔中间测井的时间一定要短, 一般不要超过2~3h, 防止氡扩散, 对钻孔测井资料产生影响, 同时得到一批该地区正常岩石的测井数据, 这样就可以知道终孔测井时氡对正常岩石的影响, 即使有氡气影响, 也可以进而对氡的影响进行修正。

(2) 在测井时对钻孔边冲边测也能消除氡的影响, 即放下钻杆到孔底后, 再将探棒放入钻孔进行γ测井, 测井的同时也在进行冲孔, 一般1~2h后, 冲孔的清水即可置换掉钻孔中的放射性水。同时, 不停的冲孔可以将钻孔内氡水及氡子体稀释掉或是排出孔外。

(3) 当钻孔是干孔时, 在测井前用细钻杆或是橡胶管放到矿层以下, 通压缩空气向孔内压气, 每分钟大约向孔内压送10~30m3的空气, 压送时间约1h, 将钻孔内的氡气及氡子体排出孔外, 从而消除氡的影响。

(4) 在测井仪下井监测的过程中每2m或5m记录下仪器的读数, 然后在测井的过程中与之相对照, 如果发现有氡的影响, 就再进行冲孔, 然后再测井。

2. 放射性水对γ测井结果的影响及排除方法

2.1 放射性水对γ测井结果的影响

在勘探铀矿床的过程中, Rn或Ra含量较高的水渗入钻孔的情况是较常见的。如果矿体被充有承压水的裂隙切穿, 这种放射性水渗入钻孔的现象就更加明显。

放射性水进入钻孔后, 受浓度梯度和压力梯度两种因素的控制, 要向上、下扩散, 这会导致γ测井曲线的失真。此时, 根据γ测井曲线所解释的矿层厚度及品位要比实际情况高。一般情况下, 放射性水渗入部位的γ照射量率增高的特别显著。根据计算资料, 水中浓度达3700Bq/L时, 所引起的γ照射量率见表1。

如图2所示, 由于放射性水进入钻孔, 使得γ测井曲线的异常宽度、峰值均大为增加, 从而导致了对矿体厚度及品位评价的严重误差。当钻孔在穿过矿层时, 如果放射性水由破碎带或者裂隙渗入钻孔 (俗称“涌水孔”) , 如果裂隙中承压水以一定水量通过钻孔井口溢出, 会使得γ测井曲线的异常宽度、峰值都大为增加, 从而会导致对解释矿体的品位、厚度产生错误判断。且这种曲线变化只是与放射性水的扩散、运移的方向、速度有关。

2.2 放射性水影响的排除方法

在钻孔伽玛测井过程中, 要消除放射性水的影响, 通常把钻井下到孔底, 采用边冲孔边测井的方法。使用这种方法时, 要注意钻具对γ射线吸收的影响。此外, 也可采用井口冲孔法, 即在井口边灌水边测井。井口灌水所需的时间和水位差大小有关。水位差越大, 所需时间越短。一般灌水1~2h, 即可顶回矿层中的放射性水, 被清水所置换。但对个别涌水量大的钻孔, 需要更长时间的灌水时间才能完全消除放射性水的影响。

3. 仪器检查和参数设置的影响及排除方法

为了确保测井数据真实、准确, γ测井仪在每个月应该进行系数核查 (表2) , 出队前进行短期稳定性检查 (表3) , 出工前后进行长期稳定性检查 (表4)

在野外工作期间, 每月使用6号镭源对本项目使用的γ测井仪进行野外系数核查, 核查的照射量率范围以满足本地区γ测井所能达到的照射量率范围为准, 野外系数核查所得系数与标定系数相对误差均小于±5% (表2) , 有效保证测井数据准确和可靠。

γ测井仪稳定性检查分为短期稳定性检查和长期稳定性检查。在钻探工作开展前, 使用自制2号模型上短期稳定性检查, 从早上8:00至下午15:00, 每1小时测量一组读数, 每组测量30个数据, 共8组。每组短期稳定性检查的平均值与初示值 (即短期稳定性第一组值的平均值) 的相对误差均小于±5% (表3) , 表明仪器合格。每次测井工作前后进行仪器长期稳定性检查, 检查值与初示值的相对误差均小于±5% (表4) , 说明γ测井仪性能在工作时稳定性好。

通过上述检查, 严格控制仪器工作状态, 排除因仪器不稳定或故障对测井产生的影响。