Нейтронные свойства горных пород. Типы реакций при облучении пород нейтронами

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

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.

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.

При исследовании зондами, длина которых превышает длину инверсионного зонда плотность нейтронов в зоне размещения детектора в среде с большим водородосо-держанием мала, поскольку в такой среде нейтроны замедляются, поглощаются в основном вблизи источника, и зоны размещения детектора достигает небольшое их число. Породы с высоким водородосодержанием на диаграммах НГК отмечаются низкими показаниями. В малопористых породах с низким водородосодержанием Плотность нейтронов вблизи детектора увеличивается, что вызывает повышение интенсивности радиационного захвата, а следовательно, показаний НГК.

На результаты НГК значительное влияние оказывают элементы, обладающие аномально высокой способностью захвата нейтронов. К таким элементам относятся хлор, бор, литий, кадмий, кобальт и др. По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы — большого и малого водородосодер-жания.

К первой группе пород относятся глины, характеризующиеся высокой влагоемкостью (пористостью) и содержащие значительное количество минералов с химически связанной водой (водные алюмосиликаты), гипсы, отличающиеся малой пористостью, но содержащие химически связанную воду, а также некоторые очень пористые и проницаемые породы-коллекторы, насыщенные в естественных условиях водой или нефтью. При измерениях зондами большой длины (L>40 см) на диаграммах НГК эти породы отмечаются низкими показаниями радиационного гамма-излучения.

Во вторую группу пород входят малопористые разности — плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, а также гидрохимические образования (ангидриты и каменная соль). На диаграммах НГК, зарегистрированных зондами большой длины, эти породы выделяются высокими показаниями. Против других осадочных пород (песков, песчаников, пористых карбонатов) показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода и хлора (насыщенности водой различной минерализации, нефтью или газом)

30. При импульсном нейтронном каротаже изучаются нестационарные нейтронные и гамма-поля. Для проведения ИНК используют аппаратуру, в скважинном приборе которой имеется генератор нейтронов, содержащий поток быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ, и детектор тепловых нейтронов или -у-квантов, устанавливаемый на расстоянии 30—40 см от точки поступления нейтронов (длина зонда L). В наземной аппаратуре размещаются временной анализатор, разделяющий счетные и маркерные импульсы, и схема регистрации счета импульсов в 1 мин. Генератор нейтронов работает в импульсном режиме с частотой следования'импульсов от 10 до 500 Гц. Длительность каждого импульса около 1 мкс. Сущность импульсного режима заключается в облучении пластов, вскрываемых скважиной, импульсами нейтронов длительностью, следующими друг за другом через определенный промежуток времени t. После истечения времени t₃ (время задержки) включается наземная измерительная аппаратура, и на протяжении времени Δt (окно временного анализатора) измеряется плотность тепловых нейтронов или интенсивность излучения гамма-квантов радиационного захвата. В зависимости от того, какими элементарными частицами исследуются импульсные нейтронные поля, различают импульсный нейтрон-нейтронный каротаж (ИННК) или импульсный нейтронный гамма-каротаж (ИНГК).

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1481; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!