Геофизические методы исследования скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Физические основы

1.1 Источник нейтронов

1.2 Взаимодействие нейтронов с веществом

2. Детекторы

2.1 Сцинтилляционный счетчик

2.2 Полупроводниковые детекторы

3. Оборудование

4. Интерпретация

4.1 Факторы, влияющие на показания НГК

4.2 Литологическое расчленение разрезов

4.3 Определение границ мощностей пластов

4.4 Определение коэффициента пористости

5. Области применения и вывод

Список использованной литературы



Введение

Геофизические методы - сравнительно молодые методы поисков и разведки полезных ископаемых, но в связи с их большой глубинностью и высокой производительностью они развивались быстрыми темпами. В настоящее время геофизические методы стали неотъемлемой частью геологического картирования, поисков и разведки полезных ископаемых, решения инженерно - геологических и гидрогеологических задач.

Среди геофизических методов для обследования скважин различного типа существуют ядерные методы, которые являются высоко эффективными методами исследования скважин для определения целого ряда параметров (плотность, пористость, содержание водорода, зольность углей). Ядерные методы имеют большое преимущество перед электрическими, так как раскрывают больший спектр возможностей для обследования скважин как с открытом, так и с закрытым стволом. В то время, как электрические методы принципиально невозможно применить в обсаженных колоннах.

Ядерные методы, по понятным причинам, используют не все виды ядерных реакций. Например, принципиально не может существовать альфа-каротаж в скважине, так как у альфа-частиц крайне низкая проникающая способность (свободный пробег ввоздухе составляет около 10 см, в листе фольги -- меньше микрона). Бета-каротаж тоже практически неприменим, так-как и убета-частиц низкая проникающая способность. В силу этого, реальное распространение получили реакции, связанные только снейтронами и гамма-квантами, которые имеют огромную проникающую способность. Самыми распространёнными являются методы: ГК, ГГК, НГК, ННК, ИННК и их разновидности, однако существуют и могут применяться и другие. Среди них можно встретить такие виды каротажа: НАК (нейтронно-активационный), ГНК (гамма-нейтронный), рентгенорадиометрический и другие.

Естественного природного нейтронного излучения не существует. Поэтому простого нейтронного каротажа, аналогичного гамма-каротажу, тоже не существуют. Нейтронные виды каротажа работают только с помощью искусственно созданного нейтронного излучения. В данной работе мною будет рассмотрен нейтронный гамма-каротаж (НГК).[10]



1. Физические основы

Суть метода отражена в его названии (буквы НГ): породу, а именно стенки скважины облучают постоянным потоком нейтронов, а в ответ регистрируют образовавшееся гамма-излучение. Необходимо подробно разобрать каждый аспект данного метода.

1.1 Источник нейтронов

Как уже было сказано, метод НГК использует поток нейтронов для облучения исследуемого вещества. Так же, мы выяснили, что природного нейтронного излучения не существует, поэтому необходимо искусственно облучать вещество источником. К источникам нейтронного излучения, применяемым в нейтронных методах, предъявляется ряд требований: достаточно постоянный выход нейтронов в течение длительного времени; низкий уровень побочного гамма-излучения; небольшая стоимость и минимальные затраты на обслуживание; небольшие габариты.

Этим требованиям лучше всего отвечают ампульные источники нейтронов. Наряду с ампульными источниками, нейтронными источниками служат ускоритель заряженных частиц, ядерные реакторы и термоядерные установки.

Нейтроны получаются за счет бомбардировки ядер легких элементов (мишени) потоком элементарных частиц. Вне зависимости от типа излучателя и материала мишени нейтронные источники различаются по энергетическому составу нейтронов, по скорости распада, по природе и интенсивности сопровождающего излучения, по общему выходу нейтронов.

Среди радионуклидных источников наибольшее применение получили гамма-нейтронные источники. В качестве альфа-излучающего нуклида применяются плутоний, полоний, радий, америций и др. Мишенями служат ядра легких элементов, таких как бериллий, бор, фтор. Тщательно перемешанная смесь порошкообразных препаратов гамма-излучателя и мишени, упакованная в герметически запаянную ампулу является источником нейтронов. Выход нейтронов зависит от вида и соотношения масс гамма-излучающего вещества и ядер мишени, однородности смеси и других факторов. Наибольшим выходом нейтронов отличается бериллий при его облучении гамма-частицами. По этой причине при изготовлении нейтронных источников чаще всего используют бериллий. Бериллий в порошкообразной форме вместе с какой-нибудь солью полония заключают в ампулу. Ядра полония облучают бериллий потоком частиц, в результате чего происходит реакция, выраженная формулой 1.1 ниже:[11]

Формула 1.1

Po-Beисточник дает около 2*10^6 нейтронов в секунду на 1 грамм полония и примерно столько же гамма-квантов.

В таблице 1.1представлена характеристика некоторых ампульных источников нейтронов.

Таблица 1.1

1.2 Взаимодействие нейтронов с веществом

Нейтроны являются одними из частиц, находящихся в ядрах атомов и могут быть испущены при их делении или при ядерных реакциях; что и происходит благодаря источнику нейтронного излучения, который находится в приборе.Нейтроны не имеют электрического заряда, а значит, при движении в веществе не взаимодействуют с электронными оболочками атомов, поэтому проникающая способность нейтронов очень велика. Явления, происходящие при взаимодействии нейтронов с ядрами, зависят от кинетической энергии нейтронов. Поэтому обычно нейтроны делят на отдельные энергетические группы - тепловые, медленные и быстрые нейтроны. Так же между быстрыми и медленными нейтронами существуют промежуточные. Границы этих энергетических групп условны и представлены ниже в таблице 1.2.1.

Таблица 1.2.1

Нейтроны, проходя через вещество, непосредственно не ионизируют атомы и молекулы, как заряженные частицы. Поэтому нейтроны обнаруживают по вторичным эффектам, возникающим при взаимодействии их с ядрами. В результате соударения нейтронов с ядрами вещества природа последних не изменяется, а сами нейтроны рассеиваются на атомных ядрах. При этом стоит рассматривать три типа рассеивания нейтронов:

· Упругое рассеяние

· Неупругое рассеяние

· Поглощение нейтронов

Упругое и неупругое рассеяние являются процессами, при которых быстрые и промежуточные нейтроны замедляются, а когда нейтроны достигают тепловых энергий, то они поглощаются в процессе нейтронного захвата.

При упругомвзаимодействии нейтронов с веществом изменяется сама природа соударяющихся частиц. Происходит ядерная реакция и наблюдается деление тяжелых частиц.[7]

Упругое рассеяние - это процесс, посредством которого быстрые нейтроны испытывают упругие столкновения на ядрах атомов поглотителя и нейтрон отклоняется или рассеивается. Упругое столкновение является столкновением, при котором суммарная кинетическая энергия частиц сохраняется, то есть она одинакова после и перед соударением. При упругом столкновении быстрый нейтрон соударяется с ядром поглотителя и теряет часть своей первоначальной энергии. Эта энергия передается ядру-мишени в виде кинетической энергии и ядро-мишень как бы отскакивает. Затем нейтрон отклоняется или рассеивается. Отметим, что направление, в котором отскакивает бомбардируемая частица, и величина рассеивания нейтрона зависит от переданной энергии.

Наиболее эффективный путь, по которому кинетическая энергия нейтрона передается поглотителю, - взаимодействие с частицей с такой же массой, например, другим нейтроном или протоном. Если нейтрон ударяется о ядро атома мишени, масса которого намного больше, чем он сам, он отскакивает от мишени, как мячик для крикета отскочивший рикошетом от чего-либо, и теряет очень мало энергии. Аналогично, если нейтрон сталкивается с мишенью, которая меньше, чем он сам, мишень будет вытолкнута, как мячик для крикета отталкивает мячик для настольного тенниса, и очень малая часть энергии теряется нейтроном. Однако, если нейтрон соударяется с протоном или нейтроном, энергия падающего нейтрона делиться между частицей-мишенью и нейтроном. На практике, это означает, что материалы, обогащенные водородом (такие как вода, бетон и парафин) являются лучшими материалами для защиты от нейтронов, так как протон атомов водорода позволяет рассеять энергию падающих нейтронов относительно быстро.

Важно помнить, что отскакивающие в результате упругого рассеяния нейтронов ядра являются тяжелой заряженной частицей. Они теряют свою энергию с высокой скоростью, взаимодействуя с атомами среды таким же образом, как альфа-частицы и, следовательно, классифицируются как ионизирующее излучение с высокой ионизирующей способностью. По этой причине, учитывая, что упругое рассеяние является наиболее вероятным взаимодействием для быстрых нейтронов в биологической ткани, нейтроны могут быть особенно опасны при облучении тела человека.

Более сложное взаимодействие может иметь место, когда быстрые или промежуточные нейтроны сталкиваются с мишенью, которая намного больше, чем они сами, и не отскакивает (как в случае упругого рассеяния), а временно поглощается ядром-мишенью. После короткого времени нейтрон переиспускается с уменьшенной энергией, а ядро-мишень остается в возбужденном состоянии. Затем ядро снимает возбуждение путем испускания гамма-излучения. Поскольку суммарная кинетическая энергия не сохраняется при этом столкновении (потому что часть энергии идет на образование гамма-излучения), этот тип столкновения называется неупругим столкновением. Асам тип взаимодействия называется неупругим рассеянием.[12]

Быстрые и медленные нейтроны после примерно 25 соударений о ядра атомов вещества теряют свою энергию и становятся тепловыми нейтронами с энергиями порядка 0.025 эВ. Большинство тепловых нейтронов поглощаются и становятся частью ядер атомов поглотителя. Затем эти ядра должны избавиться от избыточной энергии, обычно путем испускания гамма-излучения.

В связи с отсутствием у нейтронов электрического заряда они проходят в веществе без взаимодействий сравнительно большие расстояния, измеряемые сантиметрами. Эффективные сечения взаимодействия нейтронов с электронами атома малы (у?10^-22 см^2 ) по сравнению с сечением взаимодействия заряженной частицы с атомом (у?10^-16 см^2 ). Вероятность прохождения той или иной реакции определяется микроскопическим сечением реакции у(n, б), у(n, p), у(n, г), у(n, 2n) и т.д. (первой в скобках записывается бомбардирующая частица - нейтрон, второй - испускаемая частица или г- квант). Микроскопическое сечение у можно представить себе как сечение сферы, описанной вокруг ядра. Пересекая сферу, нейтрон может вступить в реакцию с ядром. Вне сферы радиусом r = у /р взаимодействия не происходят. Микроскопическое сечение измеряется в квадратных сантиметрах (см^2 ) и барнах (1барн = 10^24 см^2 ).[6]

Быстрые нейтроны передают энергию главным образом в результате прямых столкновений с атомными ядрами. Энергия, переданная от нейтрона ядру (Е ядра), зависит от массы ядра и угла рассеяния. В среде из легких ядер нейтроны могут передавать практически всю свою энергию в результате одного столкновения, если столкновение лобовое. Для быстрых нейтронов наиболее важным результатом взаимодействия являются упругие (n,n) и неупругие (n,n') столкновения с атомными ядрами. В зависимости от типа ядра и энергии налетающего нейтрона величина сечения изменяется в интервале нескольких барн. На рисунке 1.2.1 ниже показана схема столкновения нейтрона с другой частицей.



Рисунок 1.2.1

Формула 1.2.1

По формуле 1.2.1 можно вычислить энергию ядра после столкновения нейтрона с частицей.M , m - масса ядра и масса нейтрона, Еn - начальная энергия нейтрона, и - угол между первоначальным направлением движения нейтрона и направлением движения ядра отдачи в лабораторной системе координат. нейтрон геофизический полупроводниковый детектор

Для медленных нейтронов наблюдаются максимумы в сечении взаимодействия при определенных значениях энергий нейтронов Еn, характерных для данного вещества. Основные процессы - рассеяние и замедление нейтронов до тепловых скоростей. Энергии тепловых нейтронов не превышают энергии связи атомов в водородосодержащих молекулах. Поэтому в случае, если не происходит ядерной реакции, тепловые нейтроны могут вызвать лишь возбуждения колебательных степеней свободы, что приводит к разогреву вещества. Наиболее характерными реакциями при взаимодействии тепловых нейтронов с веществом являются реакции радиационного захвата (n, г). При уменьшении энергии нейтронов сечение упругого рассеяния (n,n) остается примерно постоянным на уровне нескольких барн, а сечение (n, г) растет по закону 1/v , где v -скорость налетающего нейтрона. Поэтому для очень медленных нейтронов возрастает не только абсолютная, но и относительная роль реакций радиационного захвата. Наиболее существенные реакции, идущие под действием тепловых нейтронов, следующие указаны на рисунке 1.2.2.

Рисунок 1.2.2

Для защиты от нейтронных источников высокой интенсивности наиболее употребительным материалом в промышленности является бетон. На рисунке приведены в полулогарифмическом масштабе кривые ослабления г-лучей, быстрых и тепловых нейтронов в бетоне. В лабораторных условиях для защиты от быстрых нейтронов обычно используют комбинированную защиту, состоящую из парафина (воды), кадмия (бора) и свинца. В такой защите последовательно происходит замедление быстрых нейтронов (парафин, вода), поглощение нейтронов в результате (n, г) реакции (кадмий,бор) и ослабление интенсивности образующихся г-квантов (свинец). [5]

Нейтроны, которые испускает источник не способны ионизировать вещество, сквозь которое проходят. А значит их необходимо выявлять по вторичным признакам. Этим признаком является гамма-излучение, которое фиксируется детектором в приборе. Гамма-излучение возникает, когда ядро атома захватывает нейтрон с низкой энергией (тепловые, надтепловые), поглощает его и выпускает поток гамма-излучения, которое и несет в себе информацию об исследуемом веществе. Однако, нейтроны, которые только что испустились от источника, как правило, являются быстрыми. И прежде чем они станут тепловыми, они много раз ударяются о ядра атомов вещества, теряя свою кинетическую энергию и постоянно меняя направление. Такой процесс, постоянного отскакивания нейтронов от атомов со сменой типа рассеивания называется диффузией нейтронов. И этот процесс разделяется по времени. Схематично этот процесс представлен на рисунке 1.2.3.

Рисунок 1.2.3

Одним из основных нейтронных параметров среды является длина замедления нейтронов Ls. Длиной замедления называют среднее расстояние по прямой линии от места вылета нейтрона до точки, в которой нейтрон становится тепловым. Величина Ls зависит от водородосодержания и при содержании воды и нефти в порах породы изменяется от 15 до 35 см, а в воде составляет несколько сантиметров.Нейтроны, достигшие теплового состояния, продолжают двигаться (диффундировать) из областей большей плотности в области пониженной плотности, испытывая столкновения с ядрами элементов без изменения средней энергии и длины звеньев между отдельными столкновениями. В результате происходит поглощение (захват) нейтрона ядром атома. Скорость пространственной диффузии тепловых нейтронов характеризуется коэффициентомD (формула 1.2.2).

Формула 1.2.2

где vт скорость движения тепловых нейтронов, равная 2200 м/с при Т=20°С, с увеличением температуры скорость возрастает; k --число элементов, составляющих вещество; уpi --сечение рассеяния тепловых нейтронов ядрами i-гo элемента в см2, отражает вероятность встречи нейтронов с ядром элемента и их рассеяния; zi --количество ядер i-ro элемента в 1 см^3. Коэффициент диффузии обратно пропорционален содержанию водорода в среде. Чем больше водонасыщенность среды, тем медленнее «расползается» облако тепловых нейтронов (диффузия происходит в течение 102-104мкс) .

Для диффузионной фазы движения тепловых нейтронов характерны величины Ld --среднее расстояние от точки возникновения теплового нейтрона до точки его поглощения и фcp --среднее время жизни нейтрона, которое можно рассчитать по формуле 1.2.3.

Формула 1.2.3

где - эффективное макроскопическое сечение захвата нейтронов, выражающее способность среды поглощать нейтроны. [12]

Захват медленного нейтрона сопровождается испусканием и квантов (радиационный захват), являющимся основной причиной вторичного гамма-излучения. Энергия г-лучей захвата колеблется в больших пределах и достигает 10 МэВ. Возникают г -лучи захвата в водородсодержащей среде в результате реакции . При захвате нейтронов в ядре создается некоторый избыток энергии, и оно приходит в возбужденное состояние. Переход в устойчивое состояние сопровождается испусканием г-квантов, число и энергия которых зависит от того, какому элементу (и какому его изотопу) соответствует ядро.

С удалением от источника плотность нейтронов (число нейтронов в единице объема) в среде уменьшается, и одновременно возрастает число нейтронов с меньшей энергией. Значительный интерес представляет характер изменения плотности надтепловых и тепловых нейтронов с изменением расстояния от источника. Плотность нейтронов зависит от замедляющих и поглощающих свойств среды. Для большинства горных пород поглощающие и замедляющие свойства определяются водородосодержанием. Следовательно, чем выше водородосодержание, тем быстрее убывает плотность нейтронов с удалением от источника.

Из рисунка 1.2.5 видно, что с удалением от источника плотность тепловых нейтронов nт быстро убывает. При повышении пористости (в данном случае водородосодержания) плотность нейтронов уменьшается более резко. Для надтепловых нейтронов картина аналогична, но значения плотности нейтронов меньшие.

Рисунок 1.2.5

Зоны: 1-малых расстояний, 2-пересечения кривых (зона инверсии), 3-больших расстояний, соответствующих обычно длинам применяемых зондов.

Чем меньше масса ядра, тем больше потеря энергии, а значит большую энергию нейтрон будет терять соударяясь с атомами вещества маленькой атомной массой. Наименьшую атомную массу, как известно, имеет водород. Поэтому в горной породе замедляющая способность нейтронов определяется содержанием водорода в единице её объёма (водородосодержнаием). Наличие в породе даже малого количества воды или нефти, содержащих много водорода (порядка 10 % по массе), приводит к тому, что замедление нейтронов происходит в основном на ядрах водорода.

Показания НГК будут резко возрастать при исследовании пород, окружающих прибор, с низким водородосодержанием. Так же на показания НГК влияют 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 водородом, дающим всего один гамма-квант на каждый поглощенный нейтрон. Поэтому повышение концентрации хлора в горной породе сопровождается при равном водородосодержании увеличением среднего числа испущенных гамма-квантов на один нейтрон, и, следовательно, ростом показаний НГК. 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.

Кроме радиационного гамма-излучения (Iny), детектор будет фиксировать также и гамма-кванты другого происхождения. Суммарную зарегистрированную интенсивность гамма-излучения можно представить в виде ряда:

I?=Iny+Iy+Iф+Iyy, где

Iy- естественное гамма-излучение пород

Iф - фоновое гамма-излучение источника нейтронов

Iyy - гамма-излучения источника, претерпевшее комптоновское рассеяние в породах и обсадных трубах скважины.

Для выделения исследуемой составляющей Iny приходится прибегать к уменьшению влияния остальных перечисленных составляющих. Для уменьшения влияния естественной радиоактивности Iy выбирают, с одной стороны, мощность источника нейтронов такой, чтобы вызванное им гамма-излучение было, по крайней мере, на порядок больше естественного. С другой стороны, уровень естественное радиоактивности может быть учтен вычитанием показаний ГК из диаграмм НГК. Для ослабления фонового гамма-излучения источника Iф между источником и детектором располагается мощный свинцовый экран. Для поглощения мягкого рассеяния Iyy детектор излучения помещают в стальную гильзу. Таким образом, выделенная составляющая Iny зависит, в основном, от содержания водорода в исследуемой среде. [7]



2. Детекторы

Действие всех детекторов ядерного излучения, в том числе и детекторов гамма-излучения, основано на эффектах ионизации или возбуждения атомов вещества детектора заряженными частицами, образующимися в процессах взаимодействия регистрируемого излучения с веществом детектора. Главный метод регистрации гамма-квантов- формирование электрического сигнала с последующим его усилением и измерением схемами ядерной электроники, при этом сила тока или средняя частота импульсов напряжения является мерой интенсивности регистрируемого излучения.

К основным детекторам гамма-излучения, применяемым в ядерной геофизике, относятся газонаполненные детекторы, использующие ионизационный эффект и сбор электродами разнозаряженных ионов, полупроводниковые кристаллические детекторы с ионизацией атомов и сбором пар «электрон-дырка» и, наконец сцинтилляционные детекторы, использующие эффект возникновения световых вспышек (сцинтилляций) возбужденных атомов вещества детектора. Таким образом, принцип действия, параметры и, как следствие, область применения детекторов существенно различны, что необходимо учитывать при выборе типа детектора в зависимости от решаемых методами ядерной геофизики задач.

2.1 Сцинтилляционный счётчик

Сцинтилляционный счётчик - прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, гамма-квантов, мезонов и т. д.), основными элементами которого являются вещество, люминесцирующее под действием заряженных частиц (сцинтиллятор), и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Принцип работы сцинтилляционного счётчика основан на эффекте свечения (люминесценции) некоторых веществ под действием излучения. Метод регистрации заряженных частиц с помощью счета вспышек света, возникающих при попадании этих частиц на экран из сернистого цинка (ZnS), является одним из первых методов регистрации ядерных излучений.

2.2 Полупроводниковые детекторы

Действие полупроводниковых детекторов аналогично действиюионизационных камер. Ионизирующая частица, попавшая детектор, производит пары электрон-дырка, которые собираются электрическим полем, приложенным к электродам детектора. Величина соответствующего электрического импульса пропорциональна энергии, потерянной частицей или гамма-квантом в детекторе. Важно, чтобы детектор собрал все образовавшиеся в нем заряды. Процесс сбора заряда в полупроводниковом детекторе сложнее, чем в ионизационной камере. Полупроводниковые детекторы бывают трех типов:

· Диффузные детекторы

· Поверхностно-барьерные детекторы

· Дрейфовые детекторы



3. Оборудование

Рисунок 3.1

На рисунке 3.1схематично изображено устройство скважинного прибора для проведения НГК.

Прибор для проведения нейронного гамма-каротажа представляет собой стальную гильзу, которая может весить от десятка килограмм, до более сотни, в зависимости от типа модуля. Диаметр гильзы, естественно должен быть такой, чтобы прибор спокойной проходил в стенках скважины, но был не далеко от них. Со стороны крепления кабеля у прибора есть защитный кожух. С другого конца он тоже защищен прочным стальным колпаком, который выступает в роли бампера, защищающего целостность прибора, в случае его падения к забою скважины. Такое может происходить при обрыве кабеля.

Основную часть всего прибора составляет зонд. Зонд - это расстояние от детектора излучения до источника нейтронов; так же это называют длинной зонда (L).

Рисунок 3.2

Длинна зонда напрямую зависит от качества показаний НГК. И как мы видим из рисунка 3.2, при использовании зондов малой длины (0.3 м. и менее) зависимость распределения вторичного гамма-излучения от содержания водорода получается обратной.[9]

Зонды малой длины применяются гораздо реже, так как в них трудно избавиться от действия гамма-излучения самого источника нейтронов, и разрешающая способность их мала. Эффективные исследования проводятся при длине зонда не менее 0.4 м.

Источник нейтронов заключен в спаянную стеклянную ампулу, которая закрыта в латунной капсуле. Находится источник внутри прибора, но внедряется туда каждый раз перед началом исследований. В остальное время источник находится в тяжелом свинцовом ящике, который перевозится отдельно в специальном отсеке служебного транспорта. Так как излучение источника является опасным для живой ткани, а значит и для человека, хранить его необходимо в изолированном от излучения месте.

Детектор располагается на другом конце длины зонда. А между ними устанавливают свинцовый или стальной экран для защиты детектора от прямого излучения источника. Стоит отметить, что часто в конструкции прибора предусмотрена установка нескольких длин зондов. Так же в конструкцию прибора входит соответствующая электронная схема. Скважинные приборы нормально работают при изменении температуры от --10 до +120° С и выдерживают гидростатическое давление до 108 Па.

Для подготовки прибора к работе проводится его эталонирование. Рассмотрим методику эталонирования на примере фирмы «Шлюмберже».

Эта методика сводится к тому, что на заданном расстоянии от счетчика Гейгера-Мюллера помещается мощный источник гамма-излучения. Вызываемое им отклонение кривой условно делится на 20 нормализованных условных единиц. По результатам эталонирования от нейтронного нуля (т.е. нулевых показаний, соответствующих отсутствию излучения) наносят шкалу в нормализованных импульсах в секунду. Процесс эталонирования сводится к следующему.

В каждом районе имеется резервуар определенных размеров, заполненный водой, имитирующей среду со 100%-ной пористостью. Скважинный прибор НГК помещают в резервуар и добиваются того, чтобы вызванные взаимодействия нейтронов с водой показания НГК имели заданную величину. Затем скважинный прибор извлекают из резервуара, устанавливают на нем стрежень и двигают вдоль него по направлению в индикатору калиброванный источник гамма-излучения до тех пор, пока показания не будут такими же, как и при помещенном в резервуар приборе. В этом положении источник закрепляют на стрежне. Стрежень с закрепленным на нем источником становится тем эталонировочным устройством, которое используется на скважине для эталонирования скважинного прибора НГК. Указанный способ гарантирует постоянство условий эталонирования и исключение влияния изменений мощности источника, длины зонда и Т.П. [3]



4. Интерпретация

4.1 Факторы, влияющие на показания НГК

Ядерный, как и любой другой каротаж, зависит от скорости спуска-подъёма геофизического зонда. Если зонд имеет слишком большую скорость перемещения, он может просто не успевать измерять меняющиеся параметры, а для ядерных методов это особенно актуально, так как многие ядерные реакции идут часами. Более того, нашли своё применение и раздельные измерения, когда второе измерение проводят в той же самой скважине, тем же самым прибором с той же самой скоростью, но спустя довольно продолжительное время, пока не завершатся все инициированные под землёй ядерные реакции.Рисунок 4.1.1наглядно показывает зависимость скорость движения зонда от качества показаний.

Рисунок 4.1.1

Результаты измерений НГК напрямую зависят от конструкции скважины, поскольку вода бурового раствора замедляет нейтроны, ибо имеет в себе атомы водорода, которые замедляют нейтроны. [10]Обсадная колонна уменьшает показания прибора и снижает его разрешающую способность при определении пористости. При наличии двух колонн разрешающая способность становится очень слабой, потому что обсадные колонны поглощают как нейтроны, так и гамма-излучение и отдаляют прибор от породы. Если колонна зацементирована, то на показания так же сильно влияет связанная вода, содержащаяся в цементе.

Рисунок 4.1.2

Как видно из рисунка 4.1.2, уменьшение диаметра скважины сдвигает кривую НГК вправо, а увеличение толщины обсадки - влево от уровня, соответствующего стандартным условиям. При количественной интерпретации учет диаметра скважины производят по специальным номограммам, а влияние обсадки учитывается так же как в методе ГК.

Соленость бурового раствора так же влияет на показания НГК, так как он содержит в себе хлор, а хлор, как мы уже выяснили повышает интенсивность радиационного излучения. Поэтому при количественной интерпретации в результаты НГК вводятся поправки за влияние бурового раствора по специальной номограмме. Существенное влияние на показания НК оказывает толщина слоя промывочной жидкости и глинистой корки, отделяющих прибор от стенки скважины. Глинистая корка отдаляет скважинный прибор от стенки скважины и приводит к тому, что между прибором и породой появляется среда с большой пористостью и малой плотностью. Вследствие этого значение пористости получается завышенным. [4]

4.2 Литологическое расчленение разрезов

Как уже отмечалось ранее, метод НГК дифференцирует породы по водородосодержанию.

Как известно, среди осадочных пород наибольшее количество водорода содержат глины в виде химически связанной и поровой воды. Общее содержание вод глинах может достигать 44%. Поэтому на диаграммах НГК глины выделяются самыми низкими значениями и представляют собой надежный"базовый" или опорный горизонт.

Самые же высокие уровни радиационного гамма-излучения наблюдаются против плотных малопористых известняков, которые могут служить другим опорным горизонтом, с минимальной пористостью(К 1%).

Песчаники и пески не содержат химически связанной воды, вследствие чего даже самые пористые из них отмечаются более высокими значениями НГК, чем глины. Среди гидрохимических осадков наименьшими значениямиIny выделяются гипсы благодаря высокому (до 48%) содержанию кристаллизационной воды, наибольшими - ангидриты.

Наилучшие результаты получаются при совместной интерпретации диаграмм НТК и др. методов. Так, например, если в разрезе присутствуют и глины, и гипсы, которые не различаются по диаграммам НГК, их легко дифференцировать по диаграммам ГК(у глин повышенная радиоактивность) или КС (у глин электрическое сопротивление гораздо меньше, чем у гипсов).



Рисунок 4.2

На данном рисунке 4.2 представлен пример расчленения, упрощенного геологического разреза, состоящего из глин, песчаников и известняков. [2]

4.3 Определение границ и мощностей пластов

Контакты и мощности пластов в НГК определяются так же, как и в ГК главным образом, по правилуполумаксимума аномалии. Хотя из-за влияния длины зонда точка, соответствующая половине максимума аномалии в подошве пласта низкой интенсивности, смещена вниз на 0.1 L, a в кровле - на 0,3 L вверх от границы, эти погрешности можно не учитывать, т.к. при масштабе записи 1:200 или 1:500 они не превышают 1 мм. [2]

4.4 Определение коэффициента пористости

Поскольку показания НГК зависят от полноговодородо-хлоросодержания породы, включая содержание кристаллизационной воды и воды, адсорбированной глинистой частью породы, то наиболее точные результаты по определению пористости получаются в карбонатных отложениях. При количественной интерпретации диаграмм НГК величина интенсивностиIny, снятая против изучаемого пласта, непосредственно не используется. Причиной этого являются отсутствие строгой эталонировки радиометров и наличие сторонних излучений от самого источника нейтронов и рассеянного гамма- излучения, которое очень трудно учесть полостью.

Поэтому интерпретация проводится по относительной амплитуде аномалии НГК («двойной разносный параметр») для данного пласта. Величина интенсивности рассчитываете по следующей формуле 4.4.

Формула 4.4

- интенсивность аномалии НГК против исследуемого пласта.

- интенсивность против первого опорного горизонта, за который принимается обычно пласт глин с известным содержанием водорода (40%)

- интенсивность против второго опорного горизонта, за который принимается какая-либо из плотных пород разреза с известной пористостью (1%). Все величины, входящие в формулу, должны быть предварительно исправлены за влияние скважины, обсадных труб, хлоросодержания и естественной радиоактивности.

По относительной амплитуде и определяют коэффициент пористости по номограмме , приведенной ниже. (рисунок 4.4).



Рисунок 4.4

Зависимость показаний НГК (двойной разностный параметр) от пористости пород.[3]



5. Области применения и вывод

Нейтронные методы исследования широко используется в нефтепромысловой геофизике. В настоящее время нейтронные методы широко применяются на месторождениях нефти, газа и других полезных ископаемых для определения коллекторских свойств горных пород, выделения продуктивных объектов, контроля разработки месторождений, элементного анализа пород и минерального сырья, решения других важных задач. Нейтронный гамма-каротаж применяют для литологического расчленения горных пород, выделения пластов-коллекторов и определения их пористости, отбивки водонефтяного (ВНК), газоводяного (ГВК) и газонефтяного (ГНК) контактов, а также для выявления элементов с высокимсечением захвата тепловых нейтронов.

Среди задач, решаемых нейтронными методами, особое значение имеет количественное определение водородосодержания. Водород содержится в нефти, природных газах, газогидратах и воде, заполняющих поровое пространство горных пород а также присуствует в химически связанном состоянии в некоторых минералах, глинах, гипсе. В осадочных горных породах, не содержащих химически связанной воды, водородосодержание зависит от пористости. Количественное определение пористости необходимо для решения многих задач, начиная с поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений и кончая контролем их выработки. Именно поэтому нейтронный гамма-каротаж является одним из основных ядерных методов геофизических исследований.[5]



Список использованной литературы

1. С.Г. Комаров «Геофизические методы исследования скважин»; издание второе, переработанное и дополненное. Изд. «Недра»; Москва 1973 г.

2. «Геофизические исследования скважин»; В.М. Добрынин; Б.Ю. Вендельштейн, Р.А. Резванов; А.Н. Африкян. Изд. «Нефть и газ»; Москва 2004 г.

3. Сильвейн Дж. Пирсон «Справочник по интерпретации данных каротажа»; Изд. «Недра»; Москва 1966 г.

4. И.Г. Сковородников «Геофизические исследования скважин»; министерство образования Российской федерации, Уральская государственная горно-геологическая академия, Институт геологии и геофизики; Екатеринбург 2003 г.

5. http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/L9_5.pdf

6. http://rad-stop.ru/22-vzaimodeystvie-neytronov-s-veshhestvom/#.VnBb70qLTIV

7. http://www.novsu.ru/file/842420

8. http://nuclab1.phys.spbu.ru/common/72.pdf

9. http://refdb.ru/look/1789038.html

10. http://mysagni.ru/ucheba/avtomatizaciya/2269-neytronnyy-gamma-metod.html

11. http://www.studfiles.ru/preview/4474397/

12. http://www.mining-enc.ru/n/nejtronnyj-karotazh

Размещено на Allbest.ru

...