понедельник, 8 апреля 2013 г.
Нейтронные методы каротажа
В число методов входят: 1) нейтронный гамма-каротаж (НГК), 2) нейтрон-нейтроный каротаж по тепловым нейтронам (ННК-Т), 3) нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтроном (ННК-НТ), 4) спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (СНГК).
Краткая характеристика нейтронных свойств горных пород
Нейтроны представляют собой электронейтральные частицы. Их свойство – беспрепятственно проникать в ядра веществ. Происходит упругое и неупругое столкновение и захват. Захват приводит к различным ядерным реакциям. Нейтроны рождаются при взаимодействии α- частиц с ядрами легких элементов (бериллием , бором), вызывая реакции типа (α, n), а также при фотоядерных взаимодействиях типа (γ, n). В свободном состоянии нейтрон с периодом полураспада T1/2 = 12 мин распадается на протон, электрон, антинейтрино.
По энергетическому принципу нейтроны можно разделить на группы:
Вода и нефть являются природными объектами, которые содержат много водорода. Следовательно, они являются сильными поглотителями нейтронов. Время жизни и длина замедления больше в нефтеносных пластах по сравнению с водоносными (рис. 69).
Рис. 69. Вариационные кривые времени жизни тепловых нейтронов в водоносных
и нефтеносных пластах
Минерализация воды, определяемая содержанием солей, существенно изменяет время жизни нейтронов. Особенно уменьшаются показатели τ и Ls при наличии хлора (Cl), который обладает большим сечением поглощения.
Газовая фаза
Природные газы: метан, пентан, пропан, содержащие водород, характеризуются, по сравнению с воздухом, меньшими значениями времени жизни и длины замедления нейтронов, но большими по отношению к нефти и, тем более, к воде:
Увеличение ts и Ls
Вода нефть природные газы воздух
С ростом давления значения коэффициента диффузии D и времени жизни нейтронов τ заметно уменьшаются, но они увеличиваются с повышением температуры. Изменение химического состава газа влияет на нейтронные характеристики главным образом через плотность. Чем больше δ, тем меньше τ.
Магматические породы
В магматических породах нормального ряда от кислых к ультраосновным имеет место тенденция увеличения параметров τ и Ls, что связано с одной стороны уменьшением пористости, а с другой – уменьшением содержания кремнезема, оксидов калия и натрия. Последние, то есть K и Na , являются элементами с высокими сечениями поглощения тепловых нейтронов.
В относительных единицах для ts и Ls тенденция имеет вид (рис. 70):
Рис. 70. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в щелочноземельном ряду магматических пород
По абсолютным значениям τ и Ls магматические породы относятся к разряду слабых замедлителей. Время жизни тепловых нейтронов у них составляет 800÷1000мкс, а длина замедления 35÷45 см.
Метаморфические породы
Метаморфические породы, как и магматические, относящиеся к разряду кристаллических с низкими значениями пористости, не превышающей 5%, относятся к слабым замедлителям. Показатели τ и Ls у метаморфических пород примерно такие же, как и у магматических. Тенденция закономерного увеличения этих показателей наблюдается с ростом метаморфизма.
Рис. 71. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадии метаморфизма пород
Осадочные породы
Нейтронные свойства осадочных пород по сравнению с кристаллическими имеют широкий спектр изменений. При одноименных стадиях преобразования наибольшими значениями τ и Ls характеризуются чистые кварцевые песчаники и доломиты, а наименьшими – ангидриты, гипсы, глинистые и углистые породы. Увеличение τ и Ls наблюдается в ряду от углистых к глинистым, далее карбонатным, силикатным и рудным породам:
Увеличение τ и Ls
породы породы породы породы породы
углистой глинистой карбонатной силикатной рудной
группы группы группы группы группы
Процессы окаменения пород приводят к увеличению τ и Ls в соответствии с уменьшением пористости. Наибольшие изменения этих показателей происходят у терригенных (песчаники, алевролиты, аргиллиты) и наименьшие у хемогенных (известняки, мергели, доломиты) пород. Тенденция изменения τ и Ls для терригенных пород показана на рисунке 72.
Рис. 72. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадий преобразования терригенных пород
В осадочных породах наличие газа и нефти в поровом пространстве увеличивает время жизни нейтронов по сравнению с водоносным пластом, так как в воде больше водорода.
Краткая характеристика нейтронных свойств горных пород
Нейтроны представляют собой электронейтральные частицы. Их свойство – беспрепятственно проникать в ядра веществ. Происходит упругое и неупругое столкновение и захват. Захват приводит к различным ядерным реакциям. Нейтроны рождаются при взаимодействии α- частиц с ядрами легких элементов (бериллием , бором), вызывая реакции типа (α, n), а также при фотоядерных взаимодействиях типа (γ, n). В свободном состоянии нейтрон с периодом полураспада T1/2 = 12 мин распадается на протон, электрон, антинейтрино.
По энергетическому принципу нейтроны можно разделить на группы:
- Быстрые E = 2*107 – 5*105 эВ возникает ядро в нескольких возбужденных состояниях (неупругое рассеяние, захват и упругое соударение)
- Промежуточные E = 5*105 – 1*103 эВ упругое рассеяние
- нейтронов
- Медленные Е = 1*103 – 100 эВ Резонансные Е = 100 – 1 эВ резонансное поглощение
- Надтепловые Е = 1 – 0,1 эВ нейтронов тяжелыми ядрами
- Тепловые Е = 0,025 эВ
- Холодные Е = 0,001 эВ
При взаимодействии нейтронов с природными объектами разделяют два основных процесса: 1) Замедление быстрых нейтронов; 2) Диффузия тепловых нейтронов. Эти процессы разделяются во времени (рис 65).
Рис. 65. Диаграмма временного распределения быстрых и тепловых нейтронов
Из приведенной на рисунке 65 диаграммы следует, что так как процессы замедления быстрых нейтронов и диффузии тепловых нейтронов разграничены во времени, можно раздельно регистрировать гамма – излучение неупругого рассеяния замедляющихся нейтронов, гамма – излучение, возникающее при поглощении тепловых нейтронов и гамма – излучение наведенной радиоактивности.
При взаимодействии нейтронов с горными породами основную роль играют: 1) водород и породообразующие минералы различных классов; 2) содержание химически связанной воды.
Интенсивность замедления быстрых нейтронов наименьшая в карбонатах и наибольшая в галоидах:
Карбонаты сульфаты сульфиды галоиды
Параметры замедления в воде и дегазированной нефти совпадают.
Природные газы, представляющие смесь углеводородов и не углеводородов, при низких давлениях на взаимодействие нейтронов с горными породами не влияют, а при высоких влияют, так как повышается водородосодержание.
Зависимости времени жизни нейтронов (τ) в геологических образованиях от содержания алюмокремниевых компонентов и водорода при различной концентрации хлора, обладающего большим сечением поглощения приведены на риунке 66.
Рис. 66. Зависимости времени жизни нейтронов в геологических образованиях от содержания алюмокремниевых компонентов и водорода при различной концентрации хлора
Количественное содержание водорода в породах влияет на длину замедления а, следовательно, и время жизни нейтронов. Соотношения Ls и ∆H отличаются между собой в породах различного вещественно – петрографического состава (рис. 67).
Рис. 67. Влияние водородосодержания на интенсивность замедления нейтронов в горных породах
Приведенные на рисунке 67 графики взаимозависимости длины замедления нейтронов от содержания водорода в породах показывают, что при относительно большой пористости, длины замедления для всех пород примерно одинаковы. С уменьшением водородосодержания на пространственно–временное распределение нейтронов начинает влиять минеральный состав пород: чем меньше кремния, тем сильнее «затухание». Еще одна важная особенность нейтронов заключается в линейной зависимости их времени жизни от энергии: чем больше энергия, тем меньше время замедления нейтронов. Замедление зависит от литологической характеристики, то есть от минерального состава (рис. 68).
Рис. 68. Графики изменения времени жизни нейтронов при различных энергиях у аргиллитов и песчаников
Рис. 65. Диаграмма временного распределения быстрых и тепловых нейтронов
Из приведенной на рисунке 65 диаграммы следует, что так как процессы замедления быстрых нейтронов и диффузии тепловых нейтронов разграничены во времени, можно раздельно регистрировать гамма – излучение неупругого рассеяния замедляющихся нейтронов, гамма – излучение, возникающее при поглощении тепловых нейтронов и гамма – излучение наведенной радиоактивности.
При взаимодействии нейтронов с горными породами основную роль играют: 1) водород и породообразующие минералы различных классов; 2) содержание химически связанной воды.
Интенсивность замедления быстрых нейтронов наименьшая в карбонатах и наибольшая в галоидах:
Карбонаты сульфаты сульфиды галоиды
Параметры замедления в воде и дегазированной нефти совпадают.
Природные газы, представляющие смесь углеводородов и не углеводородов, при низких давлениях на взаимодействие нейтронов с горными породами не влияют, а при высоких влияют, так как повышается водородосодержание.
Зависимости времени жизни нейтронов (τ) в геологических образованиях от содержания алюмокремниевых компонентов и водорода при различной концентрации хлора, обладающего большим сечением поглощения приведены на риунке 66.
Рис. 66. Зависимости времени жизни нейтронов в геологических образованиях от содержания алюмокремниевых компонентов и водорода при различной концентрации хлора
Количественное содержание водорода в породах влияет на длину замедления а, следовательно, и время жизни нейтронов. Соотношения Ls и ∆H отличаются между собой в породах различного вещественно – петрографического состава (рис. 67).
Рис. 67. Влияние водородосодержания на интенсивность замедления нейтронов в горных породах
Приведенные на рисунке 67 графики взаимозависимости длины замедления нейтронов от содержания водорода в породах показывают, что при относительно большой пористости, длины замедления для всех пород примерно одинаковы. С уменьшением водородосодержания на пространственно–временное распределение нейтронов начинает влиять минеральный состав пород: чем меньше кремния, тем сильнее «затухание». Еще одна важная особенность нейтронов заключается в линейной зависимости их времени жизни от энергии: чем больше энергия, тем меньше время замедления нейтронов. Замедление зависит от литологической характеристики, то есть от минерального состава (рис. 68).
Рис. 68. Графики изменения времени жизни нейтронов при различных энергиях у аргиллитов и песчаников
Твердая фаза
Пространственно – энергетическое и временное распределение нейтронов в минералах преимущественно определяется их химическим составом, влияющим на сечение поглощения (захвата). Определенную роль играет содержание водорода, входящего в состав минералов и связанной воды. Тенденция изменения показателей ts и Ls имеет вид:
Жидкая фаза
Жидкая фаза
Вода и нефть являются природными объектами, которые содержат много водорода. Следовательно, они являются сильными поглотителями нейтронов. Время жизни и длина замедления больше в нефтеносных пластах по сравнению с водоносными (рис. 69).
Рис. 69. Вариационные кривые времени жизни тепловых нейтронов в водоносных
и нефтеносных пластах
Минерализация воды, определяемая содержанием солей, существенно изменяет время жизни нейтронов. Особенно уменьшаются показатели τ и Ls при наличии хлора (Cl), который обладает большим сечением поглощения.
Газовая фаза
Природные газы: метан, пентан, пропан, содержащие водород, характеризуются, по сравнению с воздухом, меньшими значениями времени жизни и длины замедления нейтронов, но большими по отношению к нефти и, тем более, к воде:
Увеличение ts и Ls
Вода нефть природные газы воздух
С ростом давления значения коэффициента диффузии D и времени жизни нейтронов τ заметно уменьшаются, но они увеличиваются с повышением температуры. Изменение химического состава газа влияет на нейтронные характеристики главным образом через плотность. Чем больше δ, тем меньше τ.
Магматические породы
В магматических породах нормального ряда от кислых к ультраосновным имеет место тенденция увеличения параметров τ и Ls, что связано с одной стороны уменьшением пористости, а с другой – уменьшением содержания кремнезема, оксидов калия и натрия. Последние, то есть K и Na , являются элементами с высокими сечениями поглощения тепловых нейтронов.
В относительных единицах для ts и Ls тенденция имеет вид (рис. 70):
Рис. 70. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в щелочноземельном ряду магматических пород
По абсолютным значениям τ и Ls магматические породы относятся к разряду слабых замедлителей. Время жизни тепловых нейтронов у них составляет 800÷1000мкс, а длина замедления 35÷45 см.
Метаморфические породы
Метаморфические породы, как и магматические, относящиеся к разряду кристаллических с низкими значениями пористости, не превышающей 5%, относятся к слабым замедлителям. Показатели τ и Ls у метаморфических пород примерно такие же, как и у магматических. Тенденция закономерного увеличения этих показателей наблюдается с ростом метаморфизма.
Рис. 71. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадии метаморфизма пород
Осадочные породы
Нейтронные свойства осадочных пород по сравнению с кристаллическими имеют широкий спектр изменений. При одноименных стадиях преобразования наибольшими значениями τ и Ls характеризуются чистые кварцевые песчаники и доломиты, а наименьшими – ангидриты, гипсы, глинистые и углистые породы. Увеличение τ и Ls наблюдается в ряду от углистых к глинистым, далее карбонатным, силикатным и рудным породам:
Увеличение τ и Ls
породы породы породы породы породы
углистой глинистой карбонатной силикатной рудной
группы группы группы группы группы
Процессы окаменения пород приводят к увеличению τ и Ls в соответствии с уменьшением пористости. Наибольшие изменения этих показателей происходят у терригенных (песчаники, алевролиты, аргиллиты) и наименьшие у хемогенных (известняки, мергели, доломиты) пород. Тенденция изменения τ и Ls для терригенных пород показана на рисунке 72.
Рис. 72. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадий преобразования терригенных пород
В осадочных породах наличие газа и нефти в поровом пространстве увеличивает время жизни нейтронов по сравнению с водоносным пластом, так как в воде больше водорода.
0 коммент.:
Отправить комментарий