Нейтрон-нейтронный метод с регистрацией надтепловых нейтронов
Радиометрия скважин, физические основы радиометрии, типы взаимодействия гамма-квантов с веществом. Радиометрия (РМ) – свокупность методов изучения радиоактивных разрезов скважины. В каждом из них изучается радиоактивность естественная или вызванная. Раидиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов химических элементов в другие, более устойчивые. Это превращение сопровождается выделением энергии с испусканием α, β, γ лучей и элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов, нуклонов, позитронов. Естественная радиоактивность - qγ – измеряется в граммах радия эквивалента на 1 гр г.п. 1 гр радия эквивалента – количество радиоактивного вещества, суммарная интенсивность излучения α, равна излучению 1 гр радия. Методы РМ: 1) Гамма-каротаж (ГК, ГМ) – замер естественного излучения 2) Нейтронный гамма-каротаж (НГК), изучающий вызванные радиоактивностью излучение ) ННК – вызван радиоактивным излучением 4) Импульсный ННК (ИННК) – вызван6 р/а излучением 5) Гамма-гамма каротаж (ГГК) – вызван р/а излучением. α-лучи – представляют поток частиц ядер гелия Не (имеет 2 протона и 2 нейтрона), вследствие своей большой массы быстро теряют энергию. β-лучи – поток частиц электронов и позитронов, легче альфа-частиц, поэтому медленнее теряют энергию и имеют большую проникающую способность γ-лучи – поток нейтральных частиц – γ-квантов, имеют ту же природу, что и р/а волны, свет, но с большей частотой колебания, является эл/магнитным излучением Единицей измерения р/а-сти является Кюри – количество р/а-го вещества, в котором за 1 с происходит 3,7·1010 распадов 24.Метод естественной радиоактивности (ГК). Основные решаемые задачи, форма кривых, определение границ, определение kГЛ, kП. Основан на том, что г.п. обладают некоторой, хотя и небольшой радиоактивностью. Гамма-каротаж состоит в измерении интенсивности естественного γ-излучения по стволу скважины. Для этого пользуются скважинным прибором, содержащим индикатор γ-излучения. В результате получают кривую изменения γ-излучения по стволу скважины в масштабе глубины, называемую кривой гамма-каротажа. ГК повсеместно входит в обязательный комплекс ГИС. Он находит широкое применение для литологического расчленения разреза, оценки глинистости терригенных и карбонатных пород, выявления в разрезе р/а-х урановых и ториевых руд. Форма кривой ГК представлена на рисунке, она отличается иззубреностью (из-за статистических флуктуаций) и несимметричностью из-за влияния инерционности интегрирующей аппаратуры. Интрепретация кривой ГК – выделяет пласты, оценивает литологию. - двойной разностный параметр. «+» - применяется при всех видах растворов, так как от сопротивления раствора и его солености не зависит; применяется как в обсаженной скважине, так и в открытом стволе. Цели – литологическое расчленение; корреляция разрезов; выделение полезных ископаемых, пород-коллекторов; оценка глинистости; определение фильтрац-емкостных свойств (пористость и проницаемость); фиксация РГЭ (радиогеохимический эффект) – недавно. Глубинность ГК – 30-40 см; точность записи – середина счетчика. «размер зонда0 – к ГК не относится. На показаниях ГК сказываются диаметр скважины, плотность БПР, конструкция скважины,… 25.Метод ГГК, физические основы, интерпретация ГГК, условия применения. ГГК основан на регистрации эффекта взаимодействия γ-излучения с г.п. Для этого применяется установка, состоящая из источника γ-излучения, на некотором заданном расстоянии от которого расположен индикатор γ-излучения. Преобладающую долю измеряемого γ-излучения составляет излучение источника, измененное при прохождении через окружающую среду и называемое рассеянным γ-излучением. Кривая ГГК и представляет собой кривую изменения рассеянного γ-излучения с глубиной скважины. Чтобы уяснить физические основы ГГК, рассмотрим процессы, происходящие при прохождении γ-квантов через вещество. Основными процессами взаимодействия γ-кванта является рассеяние или поглощение. Рассеяние – это взаимодействие его с электроном атома вещества, при котором γ-квант передает часть своей энергии электрону и превращается в γ-квант меньшей энергии. Поглощение происходит вследствие фотоэлектрического эффекта, сводящегося к тому, что γ-квант вырывает электрон из электронной оболочки атома, передавая ему всю свою энергию. Регистрируемая интенсивность рассеянного γ-излучения изменяется в зависимости от плотности среды. С ростом плотности регистрируемая интенсивность γ-излучения уменьшается, с уменьшением – растет. Следовательно, пластам, сложенным плотными породами, будут соответствовать минимумы, а пластам, сложенным породами малой плотности, - максимумы на диаграмме. Радиус исследования ГГК мал (около 10 см). Поэтому на результаты измерений сильно влияет среда, диаметр скважины, плотность БПР(с ростом последних двух показания ГГК улучшаются); а наличие обс.кол и цемента в кп резко ухудшают. Длина зонда не превышает 30-40 см. Большое влияние на показания оказывает глинистая корка, вызывающая отклонение прибора от стенки скважины. 26.Нейтронные свойства горных пород. Типы реакций при облучении пород нейтронами Нейтрон представляет собой элементарную частицу, электрически нейтральную, с массой, близкой к ядерной единице массы. Благодаря отсутствию электрического заряда на нейтрон не влияют электроны атомных оболочек и заряды ядер; движение нейтронов определяется взаимодействием их с ядрами атомов, которое проявляется в виде рассеяния и захвата нейтронов ядрами атомов. Рассеяние представляет собой столкновение нейтрона с ядром атома, в результате которого происходит уменьшение энергии нейтрона и изменение направления его движения. При неупругом рассеянии, происходящем в случае большой энергии нейтронов (энергии порядка нескольких МэВ), значительная часть энергии расходуется на возбуждение рассеивающего ядра, при этом нейтрон теряет большую часть своей энергии. При энергиях нейтронов от 1 МэВ до 1 эВ преобладает упругое рассеяние. Величина потерь энергии при этом на соударение определяется только массой ядра: чем меньше масса ядра, тем больше потеря энергии. Поэтому наибольшая потеря энергии происходит в момент столкновения нейтрона с ядром водорода, масса которого почти равна массе нейтрона. При столкновении с ядрами остальных элементов потери значительно меньше. Замедляющая способность (эффективность снижения скорости нейтронов ядрами) зависит от энергии, которую теряет нейтрон, и от вероятности столкновения нейтронов с ядрами данного элемента. В г.п. замедляющая способность определяется водосодержанием пород (много ядер водорода в воде). Конечным результатом движения нейтрона является поглощение (захват) его каким-либо ядром атома. Способность среды поглощать н. зависит от количества и сечения захвата ядер атомов данной г.п. Большая способность – у хлора. Захват нейтронов ядрами элементов, слагающих г.п., обычно сопровождается испусканием γ-квантов. При захвате в ядре получается излишек энергии и оно приходит в возбужденное состояние, переход в устойчивое состояние сопровождается испусканием γ-квантов. В связи с хаотичным движением отдельных нейтронов около источника будет наблюдаться некоторое распределение нейтронов, в нем с удалением от источника будет уменьшаться число нейтронов единице объема среды и увеличиваться относительное число нейтронов с меньшей энергией. Плотность медленных и тепловых нейтронов зависит от замедляющих свойств среды, т.е. от водосодержания: чем оно больше, тем быстрее убывает плотность нейтронов. На распределение плотности нейтронов в той или иной степени влияет элементарный состав среды. 27. Нейтронные методы – общая характеристика, виды нейтронного каротажа, условия применения К нейтронным методам относятся: НГК – нейтронный гамма-каротаж (применяется индикатор излучения, расположенный в приборе на определенном расстоянии от источника нейтронов; получаемая кривая представляет кривую изменений вторичного γ-излучения при облучении пород источником нейтронов с глубиной), ННК – нейтрон-нейтронный каротаж, ИННК (индикатор плотности тепловых нейтронов) – импульсный нейтрон-нейтронный каротаж, ГГК – гамма-гамма каротаж. Сущность нейтронного каротажа сводится к облучению г.п. быстрыми нейтронами и регистрации γ-излучения радиационного захвата нейтронов, а также характеристик надтепловых или тепловых нейтронов. Исследование разрезов скважин нейтронными методами производится при помощи скважинного прибора, содержащего источник нейтронов и расположенный на некотором расстоянии от него индикатор γ-излучения ил нейтронов. Это расстояние – длина зонда. Источником нейтронов является помещенная в стеклянную ампулу смесь порошкообразного бериллия с радиоактивным элементом, обычно полонием. Нейтроны образуются в результате взаимодействия атомов бериллия с α-частицами, испускаемым полонием. Результаты измерений нейтронными методами в основном определяются водосодержанием пород. Чем оно больше, тем меньшими показаниями отмечаются породы на диаграмме. В г.п. водород содержится в воде, нефти и углеводородных газах, заполняющих поры породы, а также в химически связанной воде, присутствующей в глинистых материалах, гипсе и др. наибольшее количество водорода находится в глинистых породах, поэтому глинистые осадки отмечаются минимальными показаниями на диаграммах. Плотные породы, содержащие мало воды вследствие низкой пористости, отмечаются максимальными показаниями. Содержание водорода в нефти и воде примерно одинаково. Поэтому водо- и нефтеносные пласты с одинаковым литологическим составом и пористостью не различаются нейтронными методами. Исключения – сильно минерализованная пластовая вода. Тогда против водоносных пластов показания повышены на диаграммах НГК и понижены на ННК по сравнению с показаниями против нефтеносных пластов. Газоносные пласты отличаются высокими показаниями, близкими к показаниям против плотных пород, что связано с незначительным содержанием водорода в газе. На результаты измерений сильно влияет среда, диаметр скважины, плотность БПР(с ростом последних двух показания ГГК улучшаются); а наличие обс.кол и цемента в кп резко ухудшают. Длина зонда не превышает 30-40 см. Большое влияние на показания оказывает глинистая корка, вызывающая отклонение прибора от стенки скважины. 28. НГК основан на измерении характеристик гамма-излучений, возникающих в процессе поглощения нейтронов в горных породах при их облучении внешним источником тока. Общая интенсивность гамма-излучения, регистрируемая при НГК, слагается из трех компонент: 1) интенсивности гамма-излучения, возникающего в результате радиационного захвата нейтронов ядрами породы (радиационное или вторичное гамма-излучение), 2) гамма-излучения источника нейтронов, которое воздействует на индикатор непосредственно или вследствие облучения стенок скважины гамма-лучами, часть которых рассеивается породой в направлении индикатора; для ослабления непосредственного гамма-излучения от нейтронного источника между ним и индикатором устанавливается свинцовый экран; 3) естественного гамма-излучения обусловленного естественной радиоактивностью породы. Влияние естественного гамма-излучения при количественных определениях учитывается по данным ГК. В общих чертах форма кривой НГМ обычно оказывается близкой к таковой для ННМ и определяется в первую очередь содержанием водорода в горной породе и в скважине: при больших зондах, применяемых обычно на практике, показания НГМ растут при уменьшении водородосодержания среды, окружающей скважинный прибор. На втором месте по влиянию на показания НГМ после водорода стоят элементы, обладающие одновременно высоким сечением поглощения тепловых нейтронов и аномально высокой (или аномально низкой) интенсивностью гамма-излучения радиационного захвата. В осадочных горных породах таким элементом является хлор, дающий при захвате одного нейтрона в среднем 2, 3 относительно высокоэнергетических гамма-квантов. При отсутствии хлора основное количество нейтронов в осадочных горных породах поглощается, как правило, водородом, дающим всего один гамма-квант на каждый поглощенный нейтрон. Поэтому повышение концентрации хлора в горной породе сопровождается при равном водородосодержании увеличением среднего числа гамма-квантов на один нейтрон и, следовательно, ростом показаний НГМ. В частности, водоносные пласты, насыщенные высокоминерализованной пластовой водой, отмечаются большими показаниями по сравнению с нефтеносными пластами той же пористости. Хотя этот эффект невелик (обычно до 15 – 20 %), но в благоприятных условиях (высокая минерализация пластовых вод и малые изменения пористости) он может использоваться для определения положения водонефтяного контакта в обсаженных скважинах. Влияние скважины на показания НГМ в основном подобно ее влиянию на показания ННМ, однако количественно оно несколько меньше. Наиболее существенно НГМ отличается от ННМ по влиянию минерализации бурового раствора. Если показания ННМ-НТ не зависят от содержания хлора в растворе, а показания ННМ-Т уменьшаются с ростом минерализации, то показания НГМ при этом возрастают. В нефтяных и газовых скважинах НГМ применяют для решения тех же задач, что и ННМ-Т, т. е. для расчленения пород, различающихся водородосодержанием, количественного определения коэффициента пористости, а также установления газожидкостного и реже водонефтяного контактов в обсаженных скважинах. В качестве стандартного при исследовании разрезов нефтяных и газовых скважин принят зонд размером 60 см. Реже применяют зонды размером 50 и 70 см. Глубинность метода зависит от водородосод-я:в пористых 20см, в плотных 60см. 29. При нейтрон-нейтронном методе (ННМ) регистрируют либо тепловые нейтроны, либо надтепловые нейтроны, энергия которых несколько больше тепловой энергии (от нескольких десятых долей до единиц электрон-вольт). Соответственно эти две разновидности метода называются нейтрон-нейтронными методами по тепловым (ННМ-Т) и надтепловым (ННМ-НТ) нейтронам.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нейтрон-нейтронный метод с регистрацией надтепловых нейтронов
Нейтроны с энергией 0,1-10ЭВ. Количество нейтронов, достигающих индикатора при ННМ-НТ, определяется особенностями процесса замедления нейтронов в среде, в которой находится прибор ННМ. Закон уменьшения плотности потока нейтронов Ф в зависимости от расстояния r до источника весьма сложен. Грубо приближенно в однородной среде его можно представить в виде следующей относительно простой формулы:
(9)
где Q – интенсивность («мощность») источника, нейтр./с; χ – замедляющая способность среды; Lf – параметр замедления, характеризующий среднеквадратическое расстояние, проходимое нейтроном до замедления.
На практике используют зонды ННМ-НТ размером 30-40, реже 50 см. При таких зондах показания метода растут с уменьшением водородосодержания породы. Наибольшее количество водорода обычно характерно для глин, аргиллитов и мергелей. Они имеют большую пористость и содержат значительное количество химически связанной воды в составе глинистых минералов. Наконец, против этих пород часто наблюдаются каверны (увеличение диаметра скважины), что также способствует росту среднего количества водорода вблизи зонда ННМ. Эти породы, а также гипсы, содержащие много связанной воды, отмечаются на кривых ННМ-НТ минимальными показаниями. Плотные малопористые известняки, ангидриты, неразмытые соли, магматические и метаморфические породы и другие, содержащие в своем составе мало водорода, характеризуются самыми высокими показаниями на кривых ННМ-НТ (рис. 2).
Промежуточными показаниями отмечаются породы умеренной пористости: пористые известняки и доломиты, песчаники и др. При прочих равных условиях, чем выше пористость пласта, тем ниже показания метода. Это позволяет по данным ННМ-НТ определять коэффициент пористости пласта. При количественной оценке kп в показания необходимо внести поправку за влияние скважинных факторов (диаметр скважины, наличие и толщина глинистой корки), а также глинистых и иных минералов, содержащих химически связанную воду.
Количество водорода в нефти и воде примерно одинаково, поэтому нефтенасыщенные породы при равной пористости характеризуются такими же показаниями, что и водонасыщенные. Газоносные пласты, за исключением пластов с весьма высокими пластовыми давлениями, содержат при равной пористости меньше водорода в единице объема породы, чем нефтеносные и водоносные. Поэтому они отмечаются более высокими показаниями, если отсутствует зона проникновения фильтрата бурового раствора в пласт (например, в обсаженных неперфорированных скважинах) или если радиус этой зоны меньше радиуса зоны исследования метода, составляющего примерно 30 см. Однако в необсаженных скважинах, имеющих чаще всего значительную по глубине зону проникновения фильтрата, где газ почти полностью вытесняется фильтратом бурового раствора, показания против газоносных пластов практически не отличаются от показаний против водоносных и нефтеносных пород той же пористости.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 489; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!