ガンマ線ロギング

ガンマ線ロギングは、ボーリング孔または掘削孔内の岩石または堆積物の特性を調べるために自然に発生するガンマ放射線を測定する方法です。これは、採鉱、鉱物探査、水井戸掘削、石油およびガス井戸掘削における地層評価、およびその他の関連目的で使用されるワイヤーラインロギング方法です。 ^[1] 異なる種類の岩石は、異なる量と異なるスペクトルの自然ガンマ放射線を放出します。特に、頁岩は通常、放射性カリウムが粘土含有量の一般的な成分であり、粘土の陽イオン交換容量によりウランとトリウムを吸収するため、砂岩、石膏、塩、石炭、ドロマイト、または石灰岩などの他の堆積岩よりも多くのガンマ線を放出します。頁岩と砂岩/炭酸塩岩の放射能のこの違いにより、ガンマ線ツールは頁岩と非頁岩を区別できます。ただし、炭酸塩と砂岩はガンマ線ロギングで同様の偏向を示すため、区別することはできません。したがって、ガンマ線ログは、それ自体では優れた岩相ログになるとは言えませんが、実際には、ガンマ線ログは地層ログと並べて比較されます。

ガンマ線ログは、他のタイプの坑井ロギングと同様に、掘削孔に機器を下ろし、深さによるガンマ放射線の変化を記録することによって行われます。米国では、この機器は 1/2 フィート間隔で測定値を記録するのが最も一般的です。ガンマ放射線は通常、石油業界が始めた測定単位であるAPI 単位で記録されます。ガンマ線は主に掘削孔を満たす流体の特性により掘削孔の直径に応じて減衰しますが、ガンマログは一般に定性的な方法で使用されるため、振幅補正は通常必要ありません。

岩石から放射される放射線の原因は、カリウム、トリウム、ウランの 3 つの元素とその崩壊系列です。頁岩には粘土の一部としてカリウムが含まれることが多く、ウランとトリウムも吸収する傾向があります。一般的なガンマ線ログは総放射線量を記録しますが、放射性元素を区別することはできません。一方、スペクトル ガンマ線ログ (以下を参照) は区別できます。

標準ガンマ線ログの場合、ガンマ線放射の測定値は、ppm 単位のウラン、ppm 単位のトリウム、重量パーセント単位のカリウムの濃度から計算されます。たとえば、GR API = 8 × ppm 単位のウラン濃度 + 4 × ppm 単位のトリウム濃度 + 16 × 重量パーセント単位のカリウム濃度です。GR API 計算ではウラン濃度が加重されるため、ウランの異常な濃度によって、きれいな砂の貯留層が頁岩のように見えることがあります。このため、異常な濃度を見つけて適切に解釈できるように、各要素の個別の読み取り値を提供するためにスペクトル ガンマ線が使用されます。

ガンマ ログが他のタイプの坑井ログよりも優れている点は、ケーシングされたボーリング ホールの鋼鉄およびセメント壁を透過できることです。コンクリートおよび鋼鉄はガンマ線の一部を吸収しますが、鋼鉄およびセメントを通過するガンマ線は定性的な判定を可能にするのに十分な量です。

場所によっては、頁岩以外の岩石でもガンマ線のレベルが上昇することがあります。たとえば、砂岩にはウラン鉱物、カリウム長石、粘土質の充填物、または岩石の破片が含まれており、岩石のガンマ線測定値が通常よりも高くなります。 石炭やドロマイトには吸収されたウランが含まれている可能性があります 。蒸発岩の堆積物には、シルバイトやカーナライトなどのカリウム鉱物が含まれている可能性があります。このような場合は、これらの異常の原因を特定するために、スペクトルガンマ線ロギングを行う必要があります。

スペクトルロギングは、岩石層の自然放射能によって放出されるガンマ線のスペクトル、つまり数とエネルギーを測定する技術です。地球上の自然放射能の主な発生源は、カリウム (40K)、トリウム (主に 232Th と 230Th)、およびウラン (主に 238U と 235U) の 3 つです。これらの放射性同位体はそれぞれ、MeV で測定される固有のエネルギーレベルを持つガンマ線を放出します。これらのガンマ線の量とエネルギーは、シンチロメーターで測定できます。自然ガンマ線放射線に対する分光応答のログは、通常、カリウム (%)、トリウム (ppm)、およびウラン (ppm) の重量分率をプロットした総ガンマ線ログとして表されます。重量分率の主な標準は、3 つの同位体の量がわかっている地層です。自然ガンマ線分光ログは 1950 年代から研究されていましたが、1970 年代初頭に日常的に使用されるようになりました。

各放射性成分に関連する特徴的なガンマ線線:

• カリウム：ガンマ線エネルギー 1.46 MeV
• トリウム系列: ガンマ線エネルギー 2.61 MeV
• ウラン-ラジウム系列: ガンマ線エネルギー 1.76 MeV

ガンマ線スペクトルログの別の使用例としては、カオリナイトやイライトなどの特定の粘土の種類を識別することが挙げられます。カオリナイトは熱帯土壌の長石からカリウムが浸出することで形成されるため、堆積環境を解釈するのに役立つ可能性があります。したがって、カリウムの測定値が低い場合は、1つまたは複数の古土壌が存在することを示している可能性があります。^[2]特定の粘土鉱物の識別は、貯留岩の有効多孔度を計算するのにも役立ちます。

ガンマ線ログは鉱物探査、特にリン酸塩、ウラン、カリウム塩の探査にも使用されます。