НЕЙТРОННЫЕ МЕТОДЫ Методы, при которых горная порода облучается нейтронами, носят название нейтронных. Нейтронные методы различаются видом регистрируемого вторичного излучения, вызванного воздействием на породу первичных нейтронов источника, а также режимом источника. Источник может быть импульсным, т. е. испускать нейтроны в течение небольших интервалов времени, между которыми источник выключен, или же стационарным, т. е. излучать нейтроны практически непрерывно. Соответственно говорят об импульсных (ИНМ) и стационарных нейтронных методах (СНМ).
• В различных методах могут регистрироваться либо нейтроны, рассеянные ядрами атомов горной породы (нейтрон-нейтронный метод), • либо гамма-излучение радиационного захвата нейтронов (нейтронный гамма-метод), • или гамма-излучение искусственных радиоактивных изотопов, образующихся при поглощении нейтронов ядрами (нейтронный активационный метод).
• Установка для любого нейтронного метода содержит источник нейтронов и соответствующий детектор нейтронов или гаммаквантов (в зависимости от метода), расположенный на некотором расстоянии от источника, называемом размером (длиной) зонда. • Между источником и детектором размещается фильтр, задерживающий прямое излучение от источника
• Стационарные нейтронные методы входят в обязательный комплекс ГИС разведочных скважин. • Импульсные методы используются преимущественно в обсаженных скважинах.
Нейтрон-нейтронный метод • Испускаемые источником быстрые нейтроны с энергией в несколько мегаэлектрон-вольт в результате многочисленных соударений с ядрами атомов окружающей среды уменьшают свою энергию до величины порядка энергии теплового движения атомов (при комнатной температуре в среднем 0, 025 э. В). • Дальнейшие столкновения нейтрона с ядрами могут привести как к уменьшению, так и к росту энергии нейтрона, но в среднем она остается вблизи указанной величины средней энергии теплового движения атомов. • Поэтому такие нейтроны называют тепловыми, а процесс их распространения в среде – диффузией тепловых нейтронов. • Часть истории нейтрона от момента вылета из источника до достижения тепловой энергии называется процессом замедления нейтронов. • Диффузия тепловых нейтронов заканчивается поглощением последних каким-либо ядром и испусканием гамма-квантов радиационного захвата
Схема распространения и регистрации нейтронов и гамма-квантов в методе ННМ-НТ (а), ННМ-Т (б), НГМ (в). 1 -источник нейтронов; 2 – детекторы: надтепловых (Н), тепловых (Т) нейтронов и гаммаизлучения (Г); 3 – фильтр (экран); траектории; 4 – быстрых (включая надтепловые) нейтронов; 5 – тепловых нейтронов; 6 – гамма-квантов; 7 – точка замедления нейтрона; 8 – точка поглощения нейтронов или гамма-кванта; 9 – регистрация излучения детектором
• 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 • Количество нейтронов, достигающих индикатора при ННМ-НТ, определяется особенностями процесса замедления нейтронов в среде, в которой находится прибор ННМ. • Потеря энергии при соударении нейтрона с ядром, так же как и расстояние, проходимое им между соударениями, является случайной, поэтому замедление отдельных нейтронов до надтепловой энергии происходит на разном расстоянии от источника. • Плотность надтепловых нейтронов, т. е. число последних в единице объема среды, уменьшается при удалении от источника примерно так, как изображено на рисунке а.
Изменение плотности надтепловых нейтронов в однородном водонасыщенном песчанике в зависимости от расстояния r до источника быстрых нейтронов.
Закон уменьшения плотности потока нейтронов Ф в зависимости от расстояния до источника r можно представить в виде следующей формулы: • где Q – интенсивность (мощность) источника, нейтр. /с; χ – замедляющая способность среды; Lf – параметр замедления, характеризующий среднеквадратическое расстояние, проходимое нейтроном до замедления.
• Это расстояние сокращается при уменьшении пробега между соударениями (т. е. с ростом сечения рассеяния нейтронов), а также при уменьшении числа соударений, необходимых для замедления. • Число же соударений тем меньше, чем больше потеря энергии нейтронов при одном соударении. • Среди основных породообразующих элементов водород обладает наибольшим сечением рассеяния, и при соударении с ним нейтрон теряет больше всего энергии. Поэтому параметр замедления Lf уменьшается с ростом концентрации водорода в горной породе. • Влияние остальных элементов гораздо меньше по сравнению с влиянием содержания водорода и для разных элементов примерно одинаково. • То же самое можно сказать о сомножителе χ. • Поэтому показания ННМ-НТ почти однозначно связаны с концентрацией водорода, присутствующего в основном в составе воды или углеводородов, заполняющих поры горной породы.
характер зависимости показаний ННМ-НТ от водоросодержания горной породы (от параметра замедления) различен на разных расстояниях от источника. • На небольших расстояниях от источника (обычно до 10 -30 см), где сомножитель er/L меняется слабо, зависимость Ф от водородосодержания определяется сомножителем Lf и с уменьшением водородосодержания показания метода уменьшаются. • На больших расстояниях, наоборот, преобладает влияние сомножителя и показания растут с ростом параметра замедления, т. е. с уменьшением содержания водорода в горной породе. • При средних величинах г, при которых происходит пересечение кривых зависимости Ф(г) для различных значений коэффициента пористости кп, зависимость показания от кп слабая.
• Зонды cо средними расстояниями между индикатором и источником принято называть инверсионными, • Зонды меньшего размера называются доинверсионными (область 1); • Зонды большего размера – заинверсионными (область 3). • В достаточно больших скважинах, заполненных жидкостью, доинверсионная область выражена слабо или практически отсутствует. • Поэтому при ННМ-НТ в таких условиях зонды размером менее 20 -30 см обычно не используют. • В заинверсионной области чем больше длина зонда, тем выше чувствительность метода к изменению водородосодержания пород, а также больше радиус зоны исследования метода. • Однако очень большие зонды (более 60 см) не применяют, так как с увеличением размера зонда резко уменьшается плотность нейтронов и для получения измеримой плотности нейтронов необходимо применять источники очень большой интенсивности, что повышает опасность работ. • 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. • 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.
Самыми высокими показаниями на кривых ННМ-НТ характеризуются: • Плотные малопористые известняки, ангидриты, неразмытые соли, магматические и метаморфические породы и другие породы, содержащие в своем составе мало водорода.
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.
• 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.
• С увеличением диаметра скважины увеличивается содержание водорода в зоне исследования метода и потому уменьшаются показания. • К тому же результату приводит удаление скважинного прибора от стенки скважины, например, из-за роста толщины глинистой корки или крепления скважины колонной. • В сухой скважине показания ННМ выше, чем в заполненной жидкостью, в связи с чем переход прибора от части скважины, заполненной жидкостью, к сухой ее части приводит к повышению показаний ННМ.
1 -каменная соль; 2 - калийная соль; 3 - размытый пласт с глубокой каверной; 5 гипс; 6 - ангидрит; 7 - известняк низкопористый; 8—известняк высокопористый; песчаник (песок): 9 — газоносный; 10 — нефтеносный; 11 -водоносный; 12 метаморфизованная порода
Скачать презентацию НЕЙТРОННЫЕ МЕТОДЫ Методы при которых горная порода облучается
Нейтронные методы.ppt