القائمة الرئيسية

الصفحات

تسجيل الكثافة (مجس) | Density logging

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (1) مخطط لجهاز قياس الكثافة.

تسجيل الكثافة | Density logging

إن تسجيل الكثافة (Density logging) بواسطة مجس الكثافة يعتبر تطبيق آخر لأشعة جاما في جمع البيانات حول التكوينات التحت سطحية. تعتمد أدوات تسجيل الكثافة في عملها على عاملين مهمين وهما: اشعة جاما المبعثرة او المتشتتة (gamma-ray scattering) والامتصاص الكهروضوئي photoelectric (PE) absorption.


ظهرت الطرق النووية لقياس المسامية بعد سنة 1957. تقاس المسامية عن طريق قياس الكثافة الكلية (ρb) اي (bulk density) للصخور . يمكن حساب المسامية اذا كانت كثافة المادة الصخرية (matrix density) وكثافة السائل داخل المسامات معلومة. كثافة المادة الصخرية لمختلف الصخور تتراوح بين (2.87 - 2.65) g/cm3. هذه القيم تمثل معدل كثافة المادة الصخرية للصخور المكمنية. كثافة السائل تكون في اغلب الأحيان (1.0) g/cm3 حيث جهاز الكثافة يقيس في المناطق المغزوة من الطبقات النفاذة التي تتمثل بسائل راشح الطين. الطبقات المكمنية الغازية التي لها عمق الغزو فيها قليل فان استعمال هذه القيمة من الكثافة تؤدي الى اخطاء في حسابات المسامية. اذن الكثافة الكلية المقاسة للتكوينات تعتمد على مسامية هذه التكوينات اذا كانت الصفات الصخرية (lithology) ثابتة.


إقرأ أيضاً
مجسات أشعة جاما...

كثافة السائل تساوي (1.0) g/cm3 في الآبار المملؤة بطين حفر اعتيادي وتساوي (1.1) g/cm3 في الآبار المملوءة بطين ملحي. يبين الجدول التالي كثافة المادة ااصخرية لانواع مختلفة من الصخور المتواجدة في الحقول:
الجدول (1)
نوع الصخرة كثافة المادة الصخرية g/cm3 كثافة المادة الصخرية المستعملة g/cm3
رملي 2.65 - 2.70 2.65 or 2.69
كلسي 2.71 2.71
دولومايت 2.83 - 2.89 2.83 or 2.87
انهيدريت 2.94 - 3.0 2.98
ملح (halite) 2.03 2.03


تسجيل الكثافة مفيد في حسابات المسامية واكتشاف خامات المعادن في ترسبات المتبخرات (evaporites). كذلك مفيد في اكتشاف مكامن غازية وحسابات كثافة الهيدروكاربونات المخزونة داخل الطبقات. هذا التسجيل مفيد ايضا تحديد الصفات الصخرية للطبقات المكمنية عند استعمال بيانات الكثافة مع بیانات تسجيلات اخرى وايجاد المسامية الحقيقية للطبقات المكمنية ومفيد في تحليل المكامن الطفلية (السجيلية) وايجاد نسب الطفل (السجيل). كذلك يفيد هذا التسجيل في اكتشاف مناطق ذات ضغوط غير اعتيادية عند الحفر. يبين شكل (1) تخطيط الكثافة مسجل في احدى الآبار.

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (2) مثال حقلي لتخطيط الكثافة وأشعة جاما و caliper (لشركة شلمبرجر).


أدوات تسجيل الكثافة

تقوم أداة تسجيل الكثافة بإرسال أشعة جاما إلى التكوين وتكتشف تلك التكوينات التي يحصل لها تشتت (scattered). تتكون أداة الجس من مصدر السيزيوم 137، الذي يصدر أشعة جاما بمقدار 0.66 ميغا إلكترون فولت (MeV)، وكاشف (detector) قريب من المصدر وآخر بعيد عن المصدر. يقوم كل كاشف بالتقاط اشعة جاما المبعثرة (scattered gamma rays). الكاشفان مثبتان على مسند (pad) يلتصق بجدار البئر، يقيس الكاشف البعيد الكثافة الكلية للتكوين بينها يقيس الكاشف القريب كثافة التكوين في المنطقة المغزوة القريبة من جدار البئر.


اشعة جاما المنطلقة من المصدر تصطدم مع الكترونات المادة او التكوين. تفقد اشعة جاما جزءا من طاقتها للالكترونات مع كل تصادم وتنتقل الى الالكترونات الأخرى، هذا النوع من التفاعل يطلق عليه اسم تشتت كومبتون (Compton Scattering). مقدار اشعة جاما المبعثرة دليل على كثافة المادة او كثافة الالكترونات اي الاشعة الملتقطة بواسطة الكاشف. اذا كانت المادة ذات كثافة عالية فان معظم اشعة جاما تمتص من قبل المادة ونسبة قليلة من اشعة جاما تصل جهاز الكاشف وتسجل شکل (3) يبين هذه العلاقة مع تفاعل اشعة جاما مع المادة.

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (3) مخطط يبين العلاقة بين مقدار أشعة جاما المسجلة وكثافة المادة أو الالكترونات وتفاعل أشعة جاما مع المادة.

عند عدم وجود القشرة الطينية (Mud cake) على جدار البئر فان الكاشف القريب والبعيد يسجلان نفس الكثافة. يبين الشكل (4) تأثير كثافة القشرة الطينية على قياس الكثافة.

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (4) مخطط يبين تأثير اختلاف سمك وكثافة القشرة الطينية على تسجيل الكثافة.

يمثل الخط المستقيم في الشكل (4) الكثافة وعلى هذا الخط يكون تسجيل الكثافة متساويا بالنسبة للكاشفين، أي عند عدم وجود قشرة طينية ذات كثافة واطئة اقل من كثافة التكوین) فان الكاشف القريب يسجل كثافة أوطأ من كثافة التكوين. تمثل نقطة (x) في المخطط هذه الحالة. ايضا يقرأ الكاشف البعيد كثافة اقل من الحقيقية ولكن بمقدار اقل. كلما زاد سمك القشرة الطينية كلما زاد مقدار التصحيح كما مبين في الشكل بنقطة (Y). مقدار التصحيح او فرق الكثافة (ρb) الذي يجب اضافته مبين أيضا في الشكل. عند وجود قشرة طينية ذات كثافة عالية (نقطة z) في الشكل، فإن الجهاز سيسجل كثافة أعلى من كثافة التكوين . يؤشر اتجاه السهم طريقة التصحيح او الكثافة الصحيحة. عند التسجيل يضاف او يطرح مقدار من الكثافة (ρb) بصورة اوتوماتيكية للحصول على الكثافات الصحيحة يمثل شكل (2) تسجيل الكثافة مع تسجيل مقدار التصحيح مع العمق. عند التسجيل، يكون جهاز الكثافة ملتصقا جدار البئر وقد يحصل اختلاف في الكثافة المسجلة بعدة مرات داخل البئر. الصخور المكمنية لها كثافة الكترونات تتناسب طرديا مع الكثافة الكلية المسجلة وهذه العلاقة ممكن اثباتها.

يبين جدول (2) الكثافات الحقيقية لبعض المركبات والاختلاف بين كثافة الالكترونات وكثافة المادة. نلاحظ الاختلاف بسيط جدا بين هذه القيم، ولكن هناك بعض مركبات المعادن الممثلة لترسبات المتبخرات (evaporites) أي مركبات الأملاح مثل (KCl)، (NaCl) والانهيدرایت والجبس. فمثلا يسجل جهاز الكثافة كثافة الأنهيدرايت مساوية g/cm3(2.977) بينا الكثافة الظاهرية تساوي (2.960) g/cm3. وايضا مركب (KCl) له كثافة ظاهرية مساوية (1.984) g/cm3 بينما جهاز الكثافة يسجل قيمة اقل تساوي (1.863) g/cm3.


جدول (2) قيم الكثافة الكلية (Bulk density) وكثافة الإلكترون (Electron density) والكثافة الظاهرية (Apparent) (كما تقرأ بواسطة أداة الجس) لبعض المعادن والموائع الشائعة
المواد الصيغة الكثافة الكلية (ρb)، g/cm3 كثافة الالكترون (ρe)، g/cm3 الكثافة الظاهرية (ρc)، g/cm3
الكوارتز (Cuartz) SiO2 2.654 2.650 2.648
الكالسيت (Calcite) CaCO3 2.710 2.708 2.710
الدولمايت (Dolomite) CaCO3 MgCO3 2.870 2.863 2.876
انهيدرايت (Anhydrite) CaSO4 2.960 2.957 2.977
سيلفيت (Sylvite) KCl 1.984 1.916 1.863
هاليت (Halite) NaCl 2.165 2.074 2.032
جبس (Gypsum) CaS42H2O 2.320 2.372 2.351
انثراسايت (Anthracite) CH0.358N0.009O0.022 1.400 1.442 1.355
فحم (Coal) 1.800 1.852 1.796
بيتومين (Bituminous) CH0.793N0.015O0.078 1.200 1.272 1.173
فحم (Coal) 1.500 1.590 1.514
الماء العذب (Fresh Water) H2O 1.000 1.110 1.000
الماء المالح (Salt Water) 200 kppm 1.146 1.237 1.135
النفط (Oil) n(CH2) 0.850 0.970 0.850
الغاز (Gas) C1.1H4.2 ρg 1.238ρg 1.325ρg– 1.188

ممكن استعمال المخطط البياني شکل (5). لاجراء التصحيح لهذه الأنواع من المركبات ان وجدت. يحتوي هذا المخطط أيضا على تصحيح الكثافة المسجلة اذا كانت التكوينات حاوية على هايدروكاربونات غازية.

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (5) مخطط بياني لتصحيح الكثافة المسجلة

يتحكم معدل ​​كثافة الإلكترون في حجم التكوين الذي تم فحصه بواسطة الأداة في معدلات تعداد أشعة جاما المبعثرة في أجهزة الكشف. كما رأينا أعلاه، فإن معدل ​​كثافة الإلكترون، بدوره، يرتبط ارتباطًا وثيقًا (ولكن ليس تمامًا) بالكثافة الكلية (Bulk density). نظرًا لأن أشعة جاما لا يمكنها اختراق التكوين لمسافة بعيدة، لأن حجم الاستقصاء،(investigation) صغير. وإن المواجهة بين القشرة الطينية (Mudcake) والأداة لها تأثيرات قوية بشكل خاص على هذا القياس. بالنسبة لأشعة جاما الأقل نشاطًا، يتحكم الامتصاص الكهروضوئي (PE) في معدلات العد المرصودة. هنا، يحدد معدل ​​العدد الذري (الذي يرتبط بنوع الصخور) مقدار الامتصاص الكهروضوئي الذي يظهره التكوين. مرة أخرى، جميع تأثيرات المعدل الكلية تتراكم مع مشاكل خاصة يطرحها طين الباريوم المرجح.


يتناقص عمق استقصاء أداة الكثافة مع زيادة الكثافة ولا يتجاوز 6 in، كما يوضح العامل الهندسي الكاذب (Pseudogeometric factor) في الشكل (6). يقيس المجس دائمًا المنطقة التي تم غزوها (Invaded zone)، في التكوينات المسامية النفاذه. كما هو معتاد في عائلة القياسات النووية المتبعثرة، تستخدم أداة الكثافة كاشفين كما ذكرنا. المسافة بين الكاشفات القريبة والبعيدة تحدد الدقة الرأسية، حوالي 10 in. يتم التصحيح عن طريق تقنية العمود الفقري والأضلاع (spine-and-ribs technique). العمود الفقري (spine) هو علاقة المعايرة العادية بين الكثافة المقاسة بواسطة أجهزة الكشف القريبة (near-spaced) والبعيدة (far-spaced) في غياب أي فجوة او ثغرة بين الأداة وجدار تجويف البئر.

تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (6) الوظائف الهندسية النووية الشعاعية: مقارنة الوظائف الهندسية الشعاعية لمختلف السجلات النووية في 20 p.u. حجر الكلس.


تفسير مجس الكثافة

في عملية التفسير القياسية، يقوم المحلل بتحديد المسامية مباشرة من سجل او مجس الكثافة. يعد هذا من الأسهل تفسيرًا لسجلات المسامية لأنه، إذا كانت أداة ما تخضع لقانون خلط الحجمي الخطي، فهي سجلات الكثافة.


في مكمن نظيف بسيط، يكون نموذج التفسير:


\({\rho _b} = \phi \,{\rho _{fl}} + \left( {1 - \phi } \right){\rho _{ma}}\)


يتم حلها من أجل المسامية، وهذا ينتج:

\({\phi _T} = \frac{{{\rho _{ma}} - {\rho _b}}}{{{\rho _{ma}} - {\rho _{fl}}}}\)


يتم ترميز هذه المسامية بـ T من أجل المسامية الكلية لأنها لا تميز بين المائع المسامي (pore fluid) والمائع المحتمل ارتباطه بالسجيل (Shale). نادرًا ما يرى مجس الكثافة ما وراء المنطقة التي تم غزوها، لذلك ρfl يساوي ρmf (كثافة راشح الطين). حتى في حالة وجود السجيل، فإن التفسير يتطلب فقط مصطلحًا إضافيًا:

\({\rho _b} = {\phi _e}\,{\rho _{fl}} + \left( {1 - {\phi _e} - {V_{sh}}} \right){\rho _{ma}} + {V_{sh}}\,{\rho _{sh}}\)


وتصحيح السجيل المقابل لتحويل المسامية الكلية إلى المسامية الفعالة واضح ومباشر. مرة أخرى، تتطلب أوصاف التكوين الأكثر تعقيدًا مزيدًا من المعلمات، والتي تتطلب بدورها المزيد من البيانات المقاسة للمعايرة.

في البيانات الصخرية (lithology) المعروفة، يمكن اختيار كثافة المادة الصخرية او كثافة الحبيبات (ρma) من جدول مثل الجدول (3). يمكن تحليل الحساسية مباشرة عن طريق أخذ الاشتقاق الجزئي لمعادلة الاستجابة فيما يتعلق بكثافة الحبيبات. بالنسبة للحجر الرملي المملوء بالماء بقدرة 30 .p.u، فإن خطأ 0.05 g/cm3 في كثافة الحبيبات المفترضة لن تؤدي إلا إلى تغيير المسامية المحسوبة بمقدار 2 .p.u. يُظهر تحليل مشابه لحساسية كثافة الموائع أن تباينًا يزيد عن 0.1 g/cm3 في كثافة السوائل يتوافق مع 2 .p.u خطأ في المسامية المحسوبة.

هذا أمر محظوظ لأنه قد يكون من الصعب للغاية تقدير كثافة الموائع ضمن حجم استقصاء أداة الكثافة. كما تمت مناقشته بالفعل، نظرًا لعمق البحث الضحل، يكون مجس الكثافة عادةً كجهاز للمنطقة المغسولة (flushed zone)، ويمكن اعتبار كثافة الموائع التي يراها هي تلك الخاصة براشح الطين. يمكن في كثير من الأحيان تجاهل تأثير كمية صغيرة من الهيدروكربونات غير المنقولة أو المياه المعبأة. إذا كان الغاز موجودًا، فإن كثافته المنخفضة ستنتج زيادة واضحة في المسامية. هنا، يمكن أن يكون لدينا حالة، لحساب كثافة المسامية، يجب أن نعرف أولاً متوسط ​​تشبع موائع المنطقة المغسولة.

إن أكبر عقبة في تقييم كثافة تشتت أشعة جاما (او أشعة جاما المبعثرة) هو الفرق بين الكثافة الكلية وكثافة الإلكترون. يقيس الجهاز كثافة الإلكترون. كما يوضح الجدول (2)، هذا مهم فقط للموائع. مع العلم أن الأداة ستستخدم في الصخور المملوءة بالموائع، تقوم شركات الخدمة بتحويل كثافة الإلكترون إلى كثافة حجر جيري مسامي مملوء بالماء تم معايرة الكثافة الكلية له. وبالتالي يتم تغيير الكثافة الكلية كما تقرأها الأداة ليصبح نصها كما يلي:

\({\rho _{b\_\log }} = 1.0704{\rho _e} - 0.188\)


في الصفات الصخرية الرئيسية ذات الأهمية، هذه الكثافة المحولة تزيل أقل من 0.004 g/cm3 من الكثافة الكلية. قد تتطلب حالة المكمن عالي المسامية المملوء بالغاز (وبأدنى حد من الغزو) تصحيحًا إضافيًا يبدأ بإزالة هذه "المعايرة". في هذه الحالات، يجب على المحلل استخدام الكثافة الظاهرية (apparent density) بدلاً من الكثافة الكلية في أي معادلة قانون خلط.

الامتصاص الكهروضوئي (PE)

بالإضافة إلى تشتت أشعة جاما، تقوم أدوات الكثافة الحديثة أيضًا بتحليل المنطقة منخفضة الطاقة لطيف أشعة جاما المبعثرة بشكل منفصل. تخضع أشعة جاما منخفضة الطاقة هذه لامتصاص كهروضوئي، والذي يتحكم فيه العدد الذري Z، بدوره، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالصفات الصخرية (lithology) (انظر الشكل 7). يمثل طول الخطوط اختلافًا من 0 (أعلى) إلى 40 p.u. لاحظ مدى فعالية التمييز بين الصفات الصخرية بشكل مستقل عن المسامية.
تسجيل الكثافة | Density logging
شكل (7) Z وقياس العامل الكهروضوئي (PEF) يميز الصخور (lithology) المستقلة إلى حد كبير عن المسامية. تمثل أطوال الخطوط نطاقات المسامية من 0 إلى 40% في الصخر المعني. (هناك ثلاثة خطوط عمودية تقابل المسامية، تتراوح من 0 .p.u في الجزء العلوي إلى 40 .p.u في الجزء السفلي لكل من صخور المادة الصخرية (matrix) المكمن الثلاثة المشتركة. وهذا يوضح Z، وبالتالي، PE مستقلة تقريبًا عن المسامية بينما تميز بشدة الصفات الصخرية. يأخذ المحور السيني ثلاث قيم منفصلة فقط لكل من الصخور الثلاثة).


المقطع العرضي للامتصاص الكهروضوئي، في وحدة بارن (barn) 10-24 cm2، يعتمد بشدة على طاقة أشعة جاما E، وكذلك على متوسط العدد الذري Z.

\(\sigma = 12.1{E^{ - 3.15}}\,{Z^{ - 4.6}}\)


هذا يعني أن تدفق أشعة جاما منخفض الطاقة يتم توهينة او إضعافة وفقًا لـ:

\(\phi = {\phi _o}\,{e^{ - mx}}\)


لكبح هذا الاعتماد على الطاقة، يتم قياس سجل PE كمؤشر أو عامل PE:


\[{P_e} = {F_{{P_e}}} = {\left[ {\frac{Z}{{10}}} \right]^{3.6}}\]


لذلك، من حيث Pe، فإن التوهين "attenuation" (وهو ما تقيسه الأداة في الواقع) لأشعة جاما منخفضة الطاقة هو ببساطة:

\(\phi \,\infty \,{\phi _o}\,{e^{ - {n_e}\,{P_e}\,x}}\)

حيث ne هي كثافة عدد الإلكترون.

عامل الامتصاص الكهروضوئي المرجح بالكثافة

لسوء الحظ، لا يخضع Pe لقانون الخلط الحجمي الخطي الذي يزدهر فيه تحليل المجس. للتغلب على هذا، تم تطوير معلمة جديدة، لتمثيل عامل كهروضوئي مرجح بالكثافة:

\[U = {F_{{P_e}}}\,{\rho _e} = \frac{{{F_{{P_e}}}\left( {{\rho _b} + 0.1883} \right)}}{{1.0704}}\]

حيث ρb هي كثافة التكوين بوحدة g/cm3.
من حيث المكونات المتعددة ،

\({U_T} = \sum\limits_i {{P_{e,i}}} \,{\rho _{e,i}}\,{V_i} = \sum\limits_i {{U_i}} \,{V_i}\)


وهي معادلة خلط سائبة خطية. يوضح الجدول (3) القيم النموذجية للعامل الكهروضوئي (PEF ) والكثافة المرجحة بالعامل الكهروضوئي (U) لبعض مكونات التكوين الشائعة.


الجدول (3)
المواد PEF (barns/electron) U (barns/cm3)
الكوارتز (Quartz) 1.80 4.80
كالسيت (Cacite) 5.10 13.80
دولومايت (Dolomite) 3.10 9.00
كاولين (Kaolinite) 1.80 4.40
ايليت (Illite) 3.50 8.70
كلوريت (Chlorite) 6.30 17.00
الماء العذب (Fresh water) 0.36 0.40
محلول ملحي (Brine)(120 kppm NaCl) 0.81 0.96
النفط (Oil) 0.12 0.12


المصطلحات المستخدمه

e = قاعدة اللوغارتيم الطبيعية
E = الطاقه المعتمدة في المقطع العرضي
EGR = طاقة أشعة جاما
FPe = العامل الكهروضوئي
ne = كثافة عدد الالكترون
Pe = المقطع العرضي الكهروضوئي
U = الكثافة المرجحة بالعامل الكهروضوئي
UT = استجابة الاداة المتكاملة الى ما لا نهاية
Vi = حجم مكون معين (معدني أو مائع) من التكوين
Vsh = حجم السجيل
x = عدد معين من العد
Z = متوسط العدد الذري
ρb = الكثافة الكلية
ρe = كثافة الالكترون
ρfl = الكثافة الكلية للمائع
ρma = الكثافة الكلية لمعادن المادة الصخرية (matrix)
ρsh = كثافة السجيل
σ = الانحراف المعياري لتوزيع بواسون
i = التقاط المقطع العرضي لـ i عنصر التكوين
Φ = المسامية
Φappi = المسامية المقاسة بواسطة مجس CNL في اليثولوجيا i
Φe = المسامية الفعالة
Φi = تدفق الجسيمات الاولي
Φo = تدفق الجسيمات غير المبعثرة
ΦT = المسامية الكلية

    المصادر


    اعجبك الموضوع؟

    تعليقات

    التنقل السريع