Головна

лекція 19

  1. Базова лекція
  2. Базова лекція
  3. Базова лекція
  4. Базова лекція
  5. Базова лекція
  6. Базова лекція
  7. Базова лекція

Нейтронний гамма каротаж (НГК).

Геофізичні методи вивчення геологічного розрізу свердловин, засновані на вимірі характеристик полів іонізуючих випромінювань, що відбуваються в ядрах атомів елементів називають радіоактивним каротажем. Найбільш широкого поширення набули такі види РК: гамма-каротаж і нейтронний каротаж. При нейтронном каротажі вивчаються характеристики нейтронного і ?-випромінювань, що виникають при опроміненні гірських порід джерелом нейтронів. У промисловості застосовуються стаціонарні та імпульсні нейтронні методи дослідження свердловин.

До числа стаціонарних нейтронних методів відносяться: нейтронний гамма-каротаж (НГК), нейтрон-нейтронний каротаж за тепловими (НК-Т) і надтеплових (НК-Н) нейтронам. Результати вимірювань при нейтронном каротажі представляють у вигляді кривої зміни вторинного гамма-випромінювання (НГК) або щільності теплових (надтеплових) нейтронів з глибиною. В свердловину приладі, який використовується при нейтронном каротажі, містяться джерело і індикатор у-випромінювання (при НГК) або щільності нейтронів (при НК-Т і НК-Н).

Фізичні основи нейтронного каротажу.

Штучна радіоактивність пов'язана з радіоактивним розпадом штучних радіоактивних ізотопів хімічних елементів, що утворюються при опроміненні їх елементарними частинками (електронами, протонами, нейтронами, ?-частинками та ін.) В результаті змін в ядрі, що відбуваються внаслідок проникнення в нього зарядженої частинки або нейтрона.

Нейтрон - електрично нейтральна ядерна частинка з масою (М - 1,0086654 10 -24 г), приблизно в 1836 разів більшою маси електрона (позитрона) і приблизно дорівнює масі протона (ядра водню). Так як він є нестабільну ядерну частку, то розпадається за 16,83 хв на протон, електрон і антинейтрино з виділенням енергії 0,78-10-13 Дж. Нейтрони не взаємодіють з електронними оболонками атомів і не відштовхуються кулоновским полем ядра, що обумовлює їх високу проникаючу здатність. За величиною енергії розрізняють нейтрони: холодні - 10-21 Дж; теплові - 25-10-21 Дж; повільні - 5 10-20 Дж; надтеплових 0,3-5-10-18 Дж, резонансние- 10-17 Дж, проміжні 0,5-2-10-14 Дж і швидкі - 2 - 10-14 - 2 - 10 -12 Дж.

Нейтрони, одержувані за допомогою нейтронних джерел, поширюються в навколишньому середовищі і взаємодіють з ядрами її хімічних елементів. При цьому найважливішими процесами є розсіювання і поглинання (захоплення).

Розсіювання нейтронів може бути пружним і неупругим. Сутність цього процесу полягає в зміні напрямку руху і зменшенні кінетичної енергії нейтронів при їх зіткненні з ядрами елементів навколишнього середовища. При пружному розсіянні відбувається перерозподіл енергії між налетів нейтроном і нерухомим ядром відповідно до їх масами і кутом розсіювання, за принципом зіткнення пружних куль. При цьому внутрішній стан ядра і кінетична енергія системи нейтрон-ядро залишаються незмінними.

Величина втрати енергії нейтронів залежить від характеру його зіткнення з ядром і маси останнього. Максимальна втрата відбувається при центральному зіткненні, коли маса ядра дорівнює або порівнянна з масою нейтрона. Так, при центральному зіткненні останнього з ядром водню нейтрон може втратити всю свою енергію в одному акті. Отже, водень є аномальним сповільнювачем нейтронов.Прі неупругом розсіянні нейтрон спочатку захоплюється, а потім викидається ядром, але вже з меншою енергією і під деяким кутом до напрямку початкового руху. Ядро ж, яка захопила і яке зазнало втрат нейтрон, залишається на деякий час в збудженому стані і потім повертається в основну, випускаючи ?-квант:

Швидкі нейтрони, поширюючись у навколишньому середовищі,

в процесі непружного і пружного розсіяння порівняно швидко (за 10 -4- 10 -8с) втрачають свою енергію і швидкість, і перетворюються в теплові. Останні поглощаютсяядрамі внаслідок реакції радіаційного захоплення з утворенням на першій стадії складових ядер, які потім переходять в основний стан з випусканням ?-квантів.

Розподіл нейтронів в середовищі (породах), т. Е. Щільність нейтронів на різній відстані від джерела, залежить від нейтронних властивостей цих порід, в основному пов'язаних з хімічним складом останніх. Для більшості гірських порід поглинають і уповільнюють властивості визначаються водородосодержаніем: чим воно вище, тим швидше убуває щільність нейтронів з віддаленням від джерела.

Нейтрон-нейтронний каротаж заснований на вимірюванні характеристик полів нейтронного випромінювання в гірських породах при опроміненні їх зовнішнім джерелом нейтронів.

На діаграмах нейтронного каротажу по тепловим нейтронам, отриманих за допомогою довгих зондів, водородосодержащие пласти виділяються, так само як і на кривих НГК, низькими значеннями, малопорістие пласти - більш високими значеннями. Однак на показання ННК-Т значний вплив мають елементи, що володіють великим перетином захоплення теплових нейтронів, тому ННК-Т вельми чутливий до вмісту хлору і одержувані результати сильно залежать від мінералізації промивної рідини і пластової води.

Нейтронний гамма-каротаж заснований на вимірюванні вторинного випромінювання, що виникає в гірських породах в результаті взаємодії нейтронів, що випускаються джерелом, з ядрами елементів порід.

?-промені, що випускаються полонієм, проникають в ядра берилію і вибивають з них нейтрони. Швидкі нейтрони, які випромінює джерелом зі швидкістю близько 10-15 тис. км / сек, проникають через сталеву обсадних колон і цементне кільце і потрапляють в породу. В результаті повторюваних зіткнень нейтронів з ядрами елементів, складових породу, нейтрони втрачають свою енергію, стають повільними (тепловими) зі швидкістю близько 2400 м / сек. Уповільнення нейтронів відбувається внаслідок передачі ядру частини кінетичної енергії, властивою нейтрону. Взаємодія повільних нейтронів з елементами породи зводиться до двох процесів: процесу розсіювання нейтронів і процесу їх захоплення. Ці процеси характеризуються відповідно ефективним перерізом розсіювання і ефективним перерізом захоплення.

Імовірність захоплення теплових нейтронів обернено пропорційна їх швидкості, а ймовірність розсіювання від швидкості не залежить.

У гірських породах уповільнення нейтронів відбувається головним чином внаслідок їх зіткнень з ядрами водню. Зіткнення з ядрами інших елементів викликає в основному розсіювання нейтронів.

Рух повільного нейтрона відбувається до тих пір, поки в результаті одного із зіткнень з ядром породи нейтрони буде їм захоплений.

При захопленні повільних нейтронів ядрами водню утворюються ядра дейтерію з виділенням ?-кванта.. При захопленні повільних нейтронів атомами хлору виділяється цілий спектр ?-променів з енергією 4-7 МеВ. У гірських породах, що містять у великій кількості водень або хлор, основний вплив на нейтрони надають ці елементи, так як водень є аномально сильним сповільнювачем і ядер водню і хлору властива велика здатність захоплення повільних нейтронів.

Зі збільшенням вмісту водню або хлору в породі скорочується сфера поширення нейтронів; зі зменшенням вмісту їх ця область розширюється.

Це пов'язано з тим, що в середовищі, що містить водень і хлор, повільні нейтрони, маючи вельми короткі пробіги, що не дифундують далеко від точки, де вони стали тепловими. Це призводить до того, що при русі приладу, який реєструє вторинні у-випромінювання, уздовж свердловини показання індикатора змінюються в залежності від вмісту водню і хлору в оточуючих свердловину гірських породах. Отримана при цьому крива характеризує зміну інтенсивності вторинного у-випромінювання з глибиною і називається кривою нейтронного гамма-каротажу.

Методика і техніка проведення досліджень в свердловині.

Для виробництва нейтронного гамма-каротажу в свердловину опускають прилад. Джерелом нейтронів служить суміш полонію і берилію.

При дослідженнях зондами, довжина яких L3 більше 40 см, щільність нейтронів в середовищі з великим водородосодержаніем в зоні розміщення індикатора мала, оскільки в такому середовищі нейтрони сповільнюються і поглинаються в основному поблизу джерела. В результаті породи з високим водородосодержаніем відзначаються на діаграмах НГК низькими показаннями. У малопористих породах з низьким водородосодержаніем щільність нейтронів поблизу індикатора збільшується, що викликає підвищення інтенсивності радіаційного захоплення, а отже, показань НГК. На результати НГК значний вплив багатодітній родині і елементи, що володіють аномально високою здатністю захоплення теплових нейтронів: хлор, бор, літій, кадмій, кобальт і ін. З них найбільш широко поширеним в осадової товщі є хлор. При захопленні нейтрона ядром атома водню випускається 1 ?-квант енергією 3,57-1013 Дж; при захопленні нейтронів ядром атома хлору випускається в середньому 2,37 ?-кванта високою енергією 13,62-1013 Дж.

Показання ННК-Н практично не залежать від вмісту в навколишньому середовищі елементів з великим перетином захоплення теплових нейтронів, в тому числі хлору. Вони визначаються головним чином уповільнюють властивостями середовища - водородосодержаніем. Отже, показання ННК-Н більш тісно пов'язані з вмістом водню в породі, ніж свідчення НГК і ННК-Т. Методи ННК-Т і ННК-Н мають перевагу перед НГК в тому, що їх свідчення вільні від впливу природного у-випромінювання і у-випромінювання джерел нейтронів. Довжина зондів при ННК-Т і ННК-Н вибирається рівної 0,4-0,5 м.

Для нейтрон-нейтронного каротажу характерна мала глибинність дослідження, яка змінюється в залежності від властивостей порід і їх водородосодержанія від 20 до 30 см, зменшуючись з ростом водородосодержанія. Найменший радіус дослідження характерний для ННК-Н, так як область поширення надтеплових нейтронів менше, ніж теплових.

Апаратура й устаткування.

У загальному випадку зонд для радіометрії свердловин складається з джерела (випромінювача) радіоактивного випромінювання і приймача (детектора) (рисунок 12.1). Відстань між центрами джерела і приймача випромінювання називається довжиною зонда. Вибір типу і конструкції приймача визначається видом досліджуваного радіоактивного випромінювання (гамма-кванти, нейтрони), його енергетичним спектром, геологічними умовами (потужність пластів, середній рівень випромінювання), умовами експлуатації (температура навколишнього середовища, величина гідростатичного тиску) і іншими факторами. Як приймачів використовують радіаційні перетворювачі різних видів - газорозрядні самогаситься, сцинтиляційні, пропорційні. При вимірі щодо малих інтенсивностей гамма-випромінювання газорозрядні перетворювачі внаслідок їх низької ефективності з'єднують в групу від двох до шести штук. Іноді групують і сцинтиляційні перетворювачі (наприклад, в апаратурі ДРСТ-3). Для підвищення термостійкості і термостабильности сцинтиляційні перетворювачі термостатіруются - поміщаються в посудину Дюара.

Як джерела гамма-випромінювання в розглянутих зондах використовують радіоактивні ізотопи деяких елементів, що розрізняються за своїми технічними (величина енергії і ступінь енергетичної однорідності випускаються гамма-квантів, наявність супроводжуючого випромінювання і ін.) І експлуатаційним (швидкість розпаду і загальний вихід гамма-квантів, т. е. потужність) характеристикам. Швидкість розпаду джерел гамма-випромінювання визначає термін їх служби, а загальний вихід гамма-квантів - статистичну точність результатів дослідження. Обидві експлуатаційні характеристики джерел повинні бути, можливо, великими.

Загальний недолік джерел гамма-випромінювання - відносно низька (не більше 3 МеВ) енергія гамма-нзлучспія.

Для створення в свердловині нейтронних полів використовують ампульні джерела нейтронів малогабаритні генератори нейтронів. У джерелах обох типів вихід нейтронів відбувається за рахунок ядерних реакцій, що протікають при бомбардуванні ядер легких елементів (дейтерію, літію, берилію, бору і ін.) Потоком елементарних частинок. Нейтронні джерела розрізняються за загальним виходу і енергетичного складу нейтронів, природі і інтенсивності супроводжуючого випромінювання і т. П.

У ампульних джерелах для отримання нейтронів найбільшого поширення набули ядерні реакції типу (?, n). Як альфа-випромінювачів використовують радій, полоній чи плутоній; мішенню зазвичай є берилій, рідше бор. Джерело являє собою порошкоподібну суміш препаратів альфа-випромінювача і мішені, вміщену в герістічную ампулу. Вихід нейтронів в основному залежить від способу приготування джерела (ступеня подрібнення, чистоти речовини та інших, важко прогнозованих факторів) і може коливатися в

Малюнок 12.1. Схема установок нейтронного каротажу. а) НГК. б) НК. 1-сталевий екран, 2-свинцевий екран, 3-парафін. Lз- довжина зонда, I - індикатор ?-випромінювання, IV-джерело ?-випромінювання.

межах декількох десятків відсотків при одних і тих же змістах альфа-випромінювача і мішені. Термін служби (швидкість розпаду) ампульних джерел нейтронів визначається періодом напіврозпаду альфа-випромінювачів, що становить відповідно 24360 років для плутонію, 1617 років для радію і 138,3 дня для полонію.

Найбільшого поширення і геофізичної практиці отримали полоніево-берилієві джерела через меншу інтенсивності гамма-випромінювання, що супроводжує вихід нейтронів.

Для отримання нейтронів невисоких енергій використовують ядерні реакції, при яких мішенями служать ізотопи 9ве і 2Н, а гамма-випромінювачами - препарати штучних і природних радіоактивних ізотопів, у яких енергія гамма-випромінювання вище порогових значень енергія гамма-випромінювання мішеней (відповідно 1,67 і 2,23 МеВ).

Гамма-нейтронні джерела характеризуються меншим виходом нейтронів в порівнянні з джерелами, заснованими на реакції. Найбільше практичне поширення при свердловинних дослідженнях отримали сурьмяно-берилієві джерела.

Отримання нейтронів за допомогою малогабаритного генератора засновано на ядерних реакціях протікають при бомбардуванні мішені з легких елементів (дейтерій, тритій, берилій, літій і ін.) Потоком прискорених іонів дейтерію (Дейтон) або тритію. Основною частиною генератора є нейтронна трубка. Незважаючи на значне різноманіття нейтронних трубок, розроблених в Росії і за кордоном, усі вони містять загальні елементи: іонний джерело, що прискорює зазор, тритиевую мішень і систему регулювання тиску. Принципова схема одного з варіантів нейтронної трубки показана малюнку 12.2.

Трубка являє собою скляний балон, заповнений дейтерієм. Електрони, що випускаються розжареною вольфрамовим катодом 2, прискорюються різницею потенціалів 200 В, яка додається між катодом і циліндровим анодом 4. Магнітне поле, створюване струмом, що протікає але котушці електромагніту, змушує електрони .двігаться по спіралеподібним траєкторіях, збільшуючи ефективну довжину їх пробігу. На електрод 5, в якому розташована мішень 6, подається змінна синусоїдальна напруга з вторинної обмотки високовольтного трансформатора Тр. При негативному потенціалі на електроді 5 прискорені електрони починають осциллировать (робити коливальні рухи) між високовольтним електродом 5 і катодом 2, іонізуючи нейтральні молекули дейтерію. Утворені при цьому позитивні іони дейтерію прискорюються електричним полем високовольтного електрода і, бомбардуючи мішень з цирконію або титану,

насичених тритієм, генерують швидкі нейтрони з енергією 34 МеВ. При позитивному значенні потенціалу па електроді 5 осциляція електронів припиняється, і вони прискорюються у напрямку до високовольтного електроду, забезпечуючи електронну провідність, властиву кенотрон.

У проміжки часу, коли потенціал на електроді 5 позитивний, конденсатор С, включений в ланцюг вторинної обмотки трансформатора Тр, заряджається майже до амплітудного значення напруги електричним струмом трубки. Тому в моменти максимумів негативного напруги на вторинній обмотці трансформатора Тр потенціал електрода 5 майже вдвічі перевищує амплітудне значення високої напруги. Таким чином, потенціал па високовольтному електроді пульсує від невеликого позитивного значення до майже подвоєного амплітудного напруги негативної полярності. Це дозволяє істотно спростити конструкцію високовольтного трансформатора.

У відпаяні іонних приладах, до яких відноситься і нейтронна трубка, з часом відбувається зменшення тиску внаслідок іонної сорбційної відкачування. Для підтримки необхідного тиску в трубці використовується натекатель 3, що представляє собою спіраль з титанової дроту, насиченою дейтерієм, або спеціальний контейнер з зернистого титану, насичених дейтерієм, з підігрівачем. При нагріванні натекатель виділяє газ, що компенсує зменшення тиску.

Основною перевагою генераторів нейтронів перед Ампульні джерелами є можливість отримання великих потоків нейтронів високих енергій з моноенергетичного випромінюванням, а також істотне поліпшення безпечної роботи обслуговуючого персоналу.

При проведенні радіометричних досліджень джерело гамма-випромінювання або ампульний джерело нейтронів розміщують в камері спеціального зондового пристрою, зчленовується з свердловинним приладом. Камера (рис.12.3) складається з міцного корпусу 1, що має з одного боку замок для з'єднання з свердловинним приладом, а з іншого - отвір з різьбленням для вгвинчування вставки з джерелом. Капсула 2 з джерелом

Малюнок 12.2. Принципова схема прискорювальної трубки.

поміщається в утримувач 3, закріплений в пробці 5, і фіксується гвинтом 4. Герметизація камери здійснюється за допомогою гумових кілець 6.

Малогабаритний генератор нейтронів розміщують в окрем блоці, що з'єднують з вимірювальним блоком свердловинного приладу спеціальним перехідником зі штепсельних роз'ємом.

Детектори.

В сцинтиляційних лічильнику реєстрація зарядженої частинки відбувається за рахунок збудження атомів і молекул уздовж її траєкторії.

Збуджені атоми, які живуть короткий час, переходять в основний стан, випускаючи електромагнітне випромінювання. У ряду прозорих речовин (фосфорів) частину спектру цього випромінювання доводиться на світлову область. Проходження зарядженої частинки через таку речовину викликає спалах світла.

Малюнок 12.3. Камера нейтронного джерела апаратури ДРСТ-3.

1-корпус; 2-капсула з джерелом; 3-тримач; 4-фіксуючий гвинт; 5-пробка; 6 герметизирующие кільця.

Для збільшення виходу світла, зменшуючи його поглинання в фосфор в останній додають активатори. Вид активатора вказують в дужках після позначення фосфору. Так, наприклад, кристал NaI, активоване талієм, позначають NaI (TI).

Отже, потрапляння швидкої зарядженої частинки в фосфор викликає світловий спалах - сцинтилляций. Остання перетворюється в електричний імпульс і посилюється в 105-106 разів фотоелектричним помножувачем (ФЕУ). Реєстрація ?-квантів в сцинтиляційних лічильнику відбувається завдяки вторинним електронів і позитронів, що утворюються при поглинанні ?-квантів фосфором. Оскільки фосфори мають гарну оптичної прозорістю, що забезпечує збір світла на фотокатод ФЕУ з значного обсягу фосфору, то для реєстрації ?-квантів застосовують фосфори великої товщини. Це забезпечує високу ефективність реєстрації ?-квантів сцинтиляційним лічильником, на порядок на порядок і більше перевищує ефективність газонаповнених лічильників .. Важливою характеристикою фосфорів є ефективність реєстрації випромінювання, яка визначається щільністю ?, ефективним атомним номером Zеф фосфору і його розмірами.

У ряді випадків важлива також залежність виходу світла від енергії частинок. Для більшості фосфорів ця залежність при реєстрації ?-частинок і ?-квантів лінійна. Це поряд з лінійністю характеристика ФЕУ дозволяє по амплітуді імпульсу на виході судити про енергію реєстрованих частинок, тобто виробляти спектральний аналіз випромінювання. Такий пропорційності між енергією частинки і світловим виходом не спостерігається для важких частинок.

У радіометричної апаратури в основному використовуються наступні види фосфорів.

Неорганічні монокристали, особливо NaI (Tl) і частково CsI (Tl), є найбільш поширеними фосфорами для реєстрації ? - квантів. Їх перевага - висока ефективність, обумовлена ??високою щільністю і великим ефективним атомним номером, а також високу енергетичну роздільну здатність. Недоліком NaI (Tl) є висока гігроскопічність, яка веде до помутніння кристалів при попаданні вологи. Тому кристали NaI (Tl) упаковують в герметичні контейнери. (Рис.12.4, а).

Для реєстрації ?-променів застосовують найчастіше ZnS (Ag), а для реєстрації теплових нейтронів суміш борної кислоти з ZnS (Ag). Оскільки така суміш мало прозора, сцинтилятор зазвичай виготовляють у вигляді тонких шарів з великою питомою поверхнею.

Рідше для реєстрації повільних нейтронів використовують монокристали LiI (іноді літієві скла). Реєстрація обумовлена ??реакцією 6Li (n, ?).

Малюнок 12.4. Схема контейнерів деяких типів люмінофорів

А - схема герметизації кристалів NaI (Tl): 1 - кришка, 2 - алюмінієвий корпус, 3 - відбивач з окису магнію, 4 - скло, 5 - фосфор, б - сцинтиляційних камера для реєстрації ? - випромінювання еманацій: 1 - корпус, 2 - тонкий шар ZnS (Ag), 3 - повітря

Органічні монокристали стильбену, антрацену та інших речовин застосовують для реєстрації заряджених частинок і швидких нейтронів по протонах віддачі. Їх перевага - мале дозволяє час (час висвічування). Однак через малу щільності вони для реєстрації ?-квантів майже не використовуються.

Розчини органічних і неорганічних речовин в органічних рідинах дозволяють створювати досить великі детектори і застосовувати їх в радіометрах високої чутливості, наприклад в аерогаммарадіометрах. Прикладом таких фосфорів служать розчини терфеніл в с ксилоле і метілбората в толуолі.

Тверді розчини органічних речовин в пластмасах (наприклад, терфеніл в полістиролі) можуть бути виготовлені у великих обсягах і будь-якої форми. Можуть використовуватися для реєстрації ?-випромінювання і швидких нейтронів (по протонах віддачі). Для реєстрації заряджених частинок застосовують зазвичай тверді фосфори без упаковки, а фосфори для реєстрації ?-випромінювання і нейтронів, як правило (рідкі фосфори обов'язково), розміщують в контейнерах.

Фотоелектронні помножувачі складаються з фотокатода, які примножують електродів (дінодов) і анода. Потенціал кожного наступного електрода на деяку величину (10В) перевищує потенціал попереднього, що забезпечує прискорення електронів між ними.

Фотони, що надходять з фосфору на фотокатод, вибивають з останнього кілька десятків або сотень електронів. Останні, фокусуючись і прискорюючись електричним полем, бомбардують перший динод. Гальмують в дінодамі, кожен прискорений електрон вибиває по 5-10 вторинних електронів. Такий процес, повторюючись на кожному наступному дінодамі, забезпечує множення електронів до багатьох мільйонів разів.

Сцинтиляційні лічильники в ядерній геології і геофізики використовуються для реєстрації ?-квантів, рідше нейтронів і ?-частинок, ще рідше ?- частинок. При реєстрації важких заряджених частинок виникають труднощі із забезпеченням їх введення в фосфор. Тому для реєстрації ?-частинок найчастіше використовують іонізаційні камери або торцеві лічильники. Лише для реєстрації ?-випромінювання еманацій широко використовується сцинтиляційних камера, внутрішні стінки якої покриті ZnS (Ag).

Через термоелектронної емісії фотокатода і перших дінодов на виході навіть повністю затемненого ФЕУ виникає деякий темновой струм, що створює невеликі фонові імпульси; для їх відсікання в схему реєстрації вводять дискримінатори.

Особливості використання сцинтиляційних лічильників для спектрометрії ?-випромінювання.

При реєстрації ?-квантів сцинтиляційним лічильником амплітуда імпульсу на його виході пропорційна енергії електрона і позитрона, що утворилися при взаємодії ? - кванта з сцинтилятором.

Якщо при фотоефекті енергія фотоелектронів дорівнює енергії ?-кванта (за вирахуванням невеликої величини-енергії зв'язку електрона), то електрону при комптонівське розсіювання і парі електрон-позитрон в ефекті освіти пар передається лише частина енергії кванта. При Комптон - ефект в залежності від кута розсіяння ?-кванта енергія електрона може змінюватися в широких межах, а при ефекті освіти пар - кінетична енергія пари на 1,02 МеВ менше, ніж енергія ? - кванта. В результаті спектр енергії вторинних частинок, утворених в сцинтилятор монохроматическим пучком ?-квантів, має складний вид (ріс.12.5). Поява додаткових ліній EY - 0,51 МеВ і EY при ефекті освіти пар обумовлено тим, що в ряді випадком один або навіть обидва ?-кванта з енергією 0,51 МеВ, що утворюються при анігіляції позитрона, поглинаються в сцинтилятор в результаті фотоефекту, і спалах від цих фотоелектронів зливається з спалахом від первинної пари електрон - позитрон.

Малюнок 5. Спрощена схема розподілу енергії вторинних електронів в люмінофорі при фотоефекті (а), комптонівське розсіювання (б) і ефект освіти пар (в)

Максимальна енергія комптонівського електрона (при ? = 180о) дорівнює

Реальне амплітудне розподіл імпульсів на виході ФЕУ більш розпливчасте, ніж спектр електронів на ріс.12.7, через статичного характеру процесів у фосфорі і ФЕУ. Воно не дискретне, а безперервне.

Апаратурний спектр ізотопу 24Na (E? = 1,38 і 2,76 МеВ) наведено на ріс.12.6. Для лінії 1,38 МеВ внесок ефекту утворення пар нікчемний і відповідні піки майже непомітні; утворюється лише пік в 1,38 МеВ, обумовлений фотоефектом, а також менш чіткий Комптонівське пік з енергією 1,17 МеВ.

Для лінії 2,76 МеВ спостерігаються три піки з енергіями 1,74, 2,25 і 2,76 МеВ; два перших піку зобов'язані ефекту утворення пар. А останній пік (2,76МеВ) трьом процесам: фотоефекту, ефекту утворення пар, що супроводжується поглинанням обох ? - квантів анігіляції, Комптон - ефекту, коли розсіяний ? - квант також поглинається фосфором в результаті фотоефекту. У всіх трьох процесах в світлову енергію перетворюється все енергія ? - кванта. Тому цей пік називають піком повного поглинання. Форма піку повного поглинання близька до кривою Гаусса.

Ставлення ? = ДЕ / Е півширини піку ДЕ на половині його висоти середньої енергії Е називають амплітудним дозволом лічильника. Чим менше ?, тим краще спектрометр. Величина ? зазвичай зростає зі зменшенням енергії і для хороших сцинтиляційних спектрометрів при Е? = 1,33 МеВ (60З) становить приблизно 6%.

Сцинтиляційні лічильники забезпечують набагато більшу ефективність реєстрації ? - квантів (до 30-50% і більше), ніж газорозрядні, і дають можливість вивчення спектрального складу випромінювання. До переваг сцинтиляційних лічильників відноситься більш низький рівень їх власного і космічного фону. Однак сцинтиляційні лічильники більш складні і вимагають кваліфікованого обслуговування, ніж розрядні. Це обумовлено великим впливом температури на світловий вихід фосфорів, незрівнянно більш високими вимогами до стабілізації джерела живлення, а також більш сильних змін характеристик сцинтиляційних лічильників в часі.

Малюнок 12.6. Апаратурний спектр ? - випромінювання 24Na

Призначення і можливості нейтронного каротажу.

Нейтронний каротаж використовується для вирішення наступних завдань:

а) визначення положення поточного газонафтового контакту (ГНК), інтервалів прориву газу, перетікання, розгазування нафти в пласті і оцінки газонасиченості;

б) визначення положення водонефтяного контакту ВНК
 в свердловинах з високою мінералізацією пластових вод - не менше
 3% об'ємного вмісту NaCl в породі (150-200 г / л при пористості 20%) (рис 12.7)

3. Інтерпретація досліджень Нейтронні властивості порід характеризуються довжиною уповільнення і. довжиною дифузії. Довжина уповільнення зменшується зі збільшенням сумарного водородосодержанія середовища. Найменші довжини уповільнення спостерігаються в породах з великим водородосодержаніем

.

Малюнок 12.7 Приклад визначення ГВК (а) і ГНК (б) за матеріалами повторних досліджень НК в обсаджена свердловині.

. Дифузійна довжина зменшується зі збільшенням водородосодержанія і змісту в породах елементів з аномально високими ядерними перетинами захоплення. В осадових породах і пластових водах найбільш поширеним з цих елементів є хлор. Довжина уповільнення і дифузійна довжина залежать також від мінерального і хімічного складу скелета породи. Щільність теплових нейтронів в міру віддалення від джерела нейтронів в однорідних середовищах з різним водородосодержаніем знижується за різними законами. У середовищі з високим водородосодержаніем, де малі довжина уповільнення і дифузійна довжина, щільність теплових нейтронів на малих відстанях значна і швидко зменшується в міру віддалення від джерела. У середовищі з меншим водородосодержаніем щільність теплових нейтронів поблизу джерела менше і знижується з віддаленням від нього повільніше, чому в першому випадку.

Область перетину кривих, що виражають зазначені залежності, іменується областю інверсійних зондів і відповідає довжині зондів 15-30 см. При довжинах нейтронних зондів, великих інверсійних, щільність теплових нейтронів в середовищі, що оточує індикатор, убуває зі збільшенням водородсодержанія. Такі зонди використовуються на практиці. Зонди НГМ найчастіше мають розмір 60 см, ННМ-Т - 40- 50 см.

За нейтронним властивостями осадові гірські породи можна розділити на дві групи - великого і малого водородосодержанія. До першої групи порід відносяться глини, які характеризуються високою вологоємністю (пористістю) і містять значну [кількість мінералів з хімічно пов'язаної водою (водні алюмосилікати), гіпси, що відрізняються малою пористістю, але містять хімічно зв'язану воду, а також деякі дуже пористі і проникні пісковики і карбонатні породи, насичені в природних умовах рідиною. При вимірах великими зондами на діаграмах нейтронного гамма-каротажу ці породи відзначаються низькими показаннями.

До другої групи порід входять малопорістие різниці - щільні вапняки і доломіт, зцементовані пісковики і алевроліти, а також гідрохімічні освіти (ангідрити і кам'яна сіль). На діаграмах нейтронного гамма-каротажу, зареєстрованих великими зондами, ці породи виділяються високими показаннями. Проти інших осадових порід (пісків, пісковиків, пористих карбонатів) показання НГК залежать від їх глинястості і змістів в них водню (насиченості водою, нафтою і газом).

Нафта і вода містять майже однакову кількість водню, тому нафтоносні і водоносні пласти з малим вмістом хлору відзначаються приблизно однаковими значеннями НГК. Газоносні пласти в обсаджена свердловині відзначаються на кривій НГК вищими показаннями, ніж такі ж по літології і пористості пласти, заповнені нафтою або водою, так як газ, який має низьку щільність, відзначається меншим водородосодержаніем. У необсаженной свердловині через проникнення фільтрату промивної рідини в пласт і малої глубинности методу (40-60 см) виділення газоносних пластів по кривій НГК в загальному випадку ускладнюється.

 



Попередня   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   Наступна

Крива ПС проти порід різної літології | лекція 16 | лекція 17 | лекція 21 | лекція 22 | лекція 23 | акустичний каротаж | лекція 25 | лекція 26 | Застосування даних каротажу для вивчення геологічної будови родовищ. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати