Metode nucleare de cercetare geofizică a puțurilor

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 16 ianuarie 2014; verificările necesită 20 de modificări .

Metodele nucleare de cercetare geofizică a puțurilor  sunt una dintre cele mai eficiente metode pentru determinarea unui număr de parametri greu de măsurat prin metode de înregistrare electrică (radioactivitate naturală, densitate în vrac, conținut de hidrogen, compoziție elementară, conținut de cenușă al cărbunilor).

În plus, metodele nucleare pot fi utilizate nu numai într-un puț deschis (nu carcasat cu țevi) , ci și într-un puț închis, când multe metode electrice sunt fundamental inaplicabile .

Istoria metodelor și contextul

Există cantități mari de elemente radioactive care apar în mod natural în scoarța terestră , în special în rocile acide și sedimentare . Aceste elemente pot fi minerale în sine ( radiu , săruri de potasiu care conțin K-40 ) sau pot fi semne ale altor minerale (există impurități radioactive în cărbuni, iar radiul se găsește rar în natură separat de uraniu , prin urmare servește ca semn prezenţa acestuia în căutarea zăcămintelor de uraniu).

Metodele nucleare, din motive evidente, nu folosesc toate tipurile de reacții nucleare. De exemplu, înregistrarea alfa într-un puț nu poate exista în mod fundamental, deoarece particulele alfa au o capacitate de penetrare extrem de scăzută (calea liberă în aer este de aproximativ 10 cm , într-o foaie de folie  - mai puțin de un micron ). Înregistrarea beta este, de asemenea, practic inaplicabilă, deoarece particulele beta au și o putere de penetrare scăzută. Din această cauză, reacțiile asociate doar cu neutroni și cuante gamma , care au o putere de penetrare uriașă, au devenit cu adevărat răspândite . Cele mai comune metode sunt: ​​GK, GGK, NGK, NNK, INNK și soiurile lor, dar altele există și pot fi folosite. Printre acestea, puteți găsi astfel de tipuri de înregistrare: NAK (activare neutronă), GNK (gamma-neutron), radiometric cu raze X și altele.

Înregistrarea nucleară, ca orice altă înregistrare, depinde de viteza de coborâre și de urcare a sondei geofizice. Dacă sonda are o viteză prea mare de mișcare, este posibil să nu aibă timp să măsoare parametrii în schimbare, iar pentru metodele nucleare acest lucru este valabil mai ales, deoarece multe reacții nucleare durează ore. Mai mult, măsurătorile separate și-au găsit și aplicația, atunci când a doua măsurătoare se efectuează în aceeași sondă, cu același dispozitiv la aceeași viteză, dar după un timp destul de lung, până la finalizarea tuturor reacțiilor nucleare inițiate în subteran.

Metode Gamma

Aceste metode pot înregistra atât radioactivitatea rocii naturale , cât și radioactivitatea artificială creată în puț înainte de măsurare.

GK (raza gamma)

Pentru a înregistra radiațiile gamma naturale, se folosește o metodă numită GK (înregistrare gamma). Esența metodei este următoarea: o sondă este coborâtă în sondă pe un cablu geofizic, care constă numai dintr-un detector de radiații gamma . Detectorul transformă cuantele gamma care au căzut în el într-un semnal electric, iar semnalul este transmis prin cablu la suprafață, unde este analizat. Cu cât mai multe cuante gamma, cu atât mai multe citiri, adică dependența este direct proporțională. În consecință, cele mai mari citiri sunt observate în rocile gamma-radioactive.

Metoda GC poate fi folosită și într-o gaură închisă (un puț acoperit cu țevi de tubaj) și într-o gaură deschisă (un puț forat, dar fără țevi încă). Acest lucru este posibil datorită puterii mari de penetrare a razelor gamma.

Detectorul este elementul principal al sondei, cel mai adesea realizat pe baza PMT . Alte modele sunt mai puțin comune.

În principiu, următoarele sarcini pot fi rezolvate cu ajutorul GC:

Dar din toate cele de mai sus, GK este în primul rând o evaluare a conținutului de argilă. Argila pentru HA este un orizont de referință de încredere.

GGK (înregistrare gamma-gamma)

Această metodă măsoară radioactivitatea artificială (radiația gamma) a rocilor din jurul puțului.

Esența metodei se reflectă în numele acesteia: literele „ GG ” înseamnă că roca este mai întâi iradiată cu radiații gamma și, ca răspuns, se înregistrează și radiații gamma, chiar dacă sunt prezente și alte tipuri de radiații. Radiația gamma de răspuns face posibilă măsurarea mai eficientă a parametrilor rocii decât radiația sa naturală, care ar fi putut fi absentă fără iradiere artificială.

Inițial, o sondă geofizică este coborâtă în sondă. În secțiunea de sondă de interes, roca este iradiată cu radiații gamma și devine radioactivă. Ca răspuns, roca emite noi cuante gamma, care sunt înregistrate de sondă. Din acest motiv, sonda include atât o sursă de raze gamma, cât și un detector (similar cu cel folosit în metoda GC). Un ecran-strat de plumb este plasat între ele, astfel încât sursa să nu interfereze cu detectorul cu propria sa radiație. Datorită ecranului, detectorul înregistrează radiația doar din rocă și nu interacționează cu sursa.

Cuantele gamma care intră în rocă o afectează în moduri diferite. Principalele tipuri pentru geofizică sunt următoarele tipuri de interacțiune a cuantelor cu materia:

Există și alte tipuri de interacțiuni, mai puțin semnificative, cum ar fi efectul fotoelectric nuclear. În funcție de care dintre ele a arătat influența principală în timpul măsurătorilor, se disting de fapt două tipuri de HGC:

GGK-P este utilizat în câmpurile de petrol și gaze, deoarece densitatea rocii este direct legată de porozitatea acesteia , iar rezervoarele bune de petrol și gaze sunt caracterizate prin porozitate ridicată. GGK-P poate fi folosit și în depozitele de cărbune, dar acest lucru se datorează faptului că stratul de cărbune are întotdeauna o densitate mai mică decât rocile din jur.

GGK-S este utilizat în zăcămintele de minereu și cărbune. Cu ajutorul acestuia, de exemplu, determinați conținutul de cenușă al cărbunelui. Cărbunele pur este compus din carbon, al cărui număr de serie ( z  este numărul Mendeleev) în tabelul periodic este 6, iar impuritățile incombustibile din cărbune constau de obicei din silice și argilă, al căror număr de serie mediu este de 12-13 unități. La depozitele de minereu, respectiv, determinați numărul de serie al metalului conținut în minereu.

Metode cu neutroni

Radiația naturală - naturală - neutronică nu există. Prin urmare, nici înregistrarea neutronilor simplă, similară cu înregistrarea cu raze gamma, nu există. Tipurile de neutroni de înregistrare funcționează numai cu ajutorul radiațiilor neutronice create artificial. Din același motiv, aceste metode sunt clasificate diferit de metodele gamma. În plus, citirile măsurate, spre deosebire de metodele gamma, depind nu numai de natura interacțiunii, ci și de durata expunerii. Prin urmare, metodele sunt împărțite în două grupuri mari:

Neutronii pot interacționa în moduri diferite cu materia prin care trec. Prin urmare, fiecare dintre aceste grupuri este, de asemenea, împărțită în funcție de natura interacțiunii neutronilor cu roca iradiată. Principalele tipuri de interacțiuni ale neutronilor cu materia sunt următoarele:

O sondă geofizică pentru înregistrarea neutronilor include în mod necesar o sursă de neutroni, de exemplu, care conține Cf-252 care se descompune spontan . Sursa de neutroni, pe lângă elementele fisionabile spontan, poate funcționa și asupra reacțiilor create artificial, deoarece fac posibilă obținerea de neutroni cu energie mai mare. De exemplu, un flux de neutroni poate fi obținut din reacțiile deuteriu și tritiu sau beriliu cu o particulă alfa :

NGK (Raze Gamma Neutroni)

Esența metodei este reflectată în numele acesteia (litere NG ): roca este iradiată cu un flux de neutroni constant și, ca răspuns, se înregistrează radiația gamma rezultată. În consecință, sonda geofizică constă dintr-o sursă de neutroni, precum și un detector gamma-cuantic, ca în metoda GK.

Neutronii rapizi, după numeroase ciocniri cu atomi de elemente ușoare , își pierd o parte din energie și încetinesc la energii termice (aproximativ 0,025 eV). Indicațiile metodei, din acest motiv, depind în principal de conținutul de hidrogen din mediul studiat. Această proprietate permite detectarea atât a uleiului, cât și a apei în rezervoare. În plus, NGK permite măsurarea parțială a salinității apelor de formare, deoarece acestea conțin clor, care crește radiația gamma secundară. De asemenea, metoda este potrivită pentru disecția litologică a puțului și determinarea grosimii straturilor.

Trebuie menționată reacția OGK-urilor la argile. În ciuda faptului că argila este un material clasic impermeabil, care practic nu lasă apa să treacă, conține un număr mare de pori subcapilari care sunt deja umpluți cu așa-numita apă legată , care nu este capabilă să părăsească argila din cauza tensiunii superficiale. , legături de hidrogen și alți factori. Din acest motiv, argila aparent uscată oferă citiri anormal de scăzute.

Dezavantajul NGK este că depinde de proiectarea puțului. În primul rând, fluidul de foraj conținut în sondă este, de asemenea, un intermediar care conține hidrogen, ceea ce contribuie cu o pondere semnificativă la măsurători. Ținând cont de diametrul variabil al sondei și, ca urmare, de grosimea diferită a „interstratului” fluidului de foraj dintre peretele găurii de foraj și sonda geofizică, este foarte dificil să se țină cont de prezența acestui fluid. În al doilea rând, același fluid de foraj conține sare, care conține clor. După cum sa menționat mai sus, clorul contribuie la creșterea radiațiilor gamma secundare.

NNK (Logging Neutron-Neutron)

În această metodă, roca este iradiată cu un flux de neutroni constant, ca răspuns, se înregistrează și fluxul de neutroni de răspuns. Acestea din urmă pot fi de două tipuri: termice (cu energie relativ scăzută) și supratermice (cu energie sporită). Prin urmare, există două tipuri de NW:

La efectuarea NNK-T, se măsoară densitatea de flux modificată a neutronilor termici emiși de sondă. Această densitate depinde atât de proprietățile de moderare a neutronilor ale mediului, cât și de proprietățile de absorbție a neutronilor. De fapt, aceasta înseamnă că NNK-T măsoară conținutul de hidrogen al mediului și prezența elementelor absorbante, care au o secțiune transversală mare de captare termică a neutronilor. Prin urmare, NNK-T dă aceleași rezultate ca și NGK .

NNK-NT constă în măsurarea densității de flux a neutronilor epitermici (au energii de la 0,5 eV la 20 keV). Această densitate este practic independentă de proprietățile de absorbție ale mediului și poate fi utilizată numai pentru a determina conținutul de hidrogen. Acesta este principalul avantaj al NNK-NT. Un fapt interesant: de ceva timp înregistrarea neutronilor epitermici a fost considerată imposibil din punct de vedere tehnic datorită faptului că este dificil să se detecteze neutronii epitermici separat de neutronii termici dacă aceștia merg în același flux. Soluția la această problemă s-a dovedit a fi simplă: în sonda geofizică pentru NW-NT, un detector este plasat nu pentru neutroni epitermici, ci pentru cei termici, dar este plasat într-o înveliș de parafină. Deoarece parafina are un conținut foarte mare de hidrogen, este de netrecut pentru neutronii termici dacă merg în același flux cu cei epitermici. Prin urmare, numai neutronii epitermici din mediu trec prin ecranul de parafină, în timp ce neutronii termici nu pot intra în detector. În acest caz, neutronii epitermici transmisi sunt încetiniți în parafină și transformați în cei termici obișnuiți, pe care detectorul le înregistrează. Din acest motiv, la măsurarea fluxului de neutroni termici mai simpli, se înregistrează efectiv numărul de neutroni epitermici, deoarece neutronii termici înregistrați erau „doar” epitermici.

INNK (înregistrare neutron-neutron pulsat)

Înregistrarea în impulsuri neutroni-neutroni este fundamental diferită de restul prin aceea că roca este iradiată nu cu un flux de neutroni continuu, ci cu rafale scurte - impulsuri. Ca răspuns, nu sunt înregistrați atât neutronii înșiși din rocă, ci durata lor de viață este studiată. Conform acestui indicator, rasele sunt fundamental diferite.

Durata medie de viață a neutronilor epitermici depinde de conținutul de absorbanți (clor, de exemplu) și de hidrogen din rocă. Valori posibile:

Datorită unei astfel de diferențe destul de clare (în timp) pe diagramele LPOR, este posibil nu numai să se distingă un rezervor de apă de unul de ulei, dar este chiar posibil să se găsească limita unui contact ulei-apă ( OWC ), dacă în rezervor există apă și ulei în același timp. Adesea este necesar să se caute granița gaz-oil (GOC), în timp ce NOC nu este capabil să facă distincția între aceste limite.

Metode de complexare

Din motive obiective, nicio metodă de geofizică nu oferă rezultate complete și de încredere. Prin urmare, de obicei nu este practic să le folosiți singuri; din acest motiv, diferite metode sunt utilizate împreună. Combinând informațiile obținute cu ajutorul lor, este posibil să „descifram” conținutul intestinelor în mod mai fiabil.

Pe secțiunea dată, apare o problemă geologică complexă - găsirea adâncimii de apariție a straturilor de cărbune. Metoda rezistivității aparente ( RS ) este o metodă de înregistrare electrică care nu permitea distingerea cărbunelui de calcar în această secțiune fără a implica cercetări suplimentare (ambele au aproximativ aceeași rezistență, celelalte lucruri fiind egale). Cu toate acestea, implicarea densității GGC vă permite să identificați imediat calcarul în secțiune. Simplul HA dă credință, de asemenea, acestui punct de vedere, deoarece răspunde bine la shaliness: nu există argilă în straturile de cărbune și calcar, așa că citirile HA eșuează împotriva lor. O diagramă cu etrier ( KM ) este, de asemenea, prezentată pentru comparație . În metoda KM se măsoară diametrul puțului, care variază în funcție de adâncimea acesteia. Spre deosebire de cărbunele fragil, pereții puțului sunt distruși în timpul forajului, astfel încât diametrul puțului devine mai mare, iar calcarul dens nu a cedat la aceeași distrugere, astfel încât CM nu a înregistrat distrugerea acesteia.

În această secțiune a fost găsit un strat de bauxite , deoarece radioactivitatea lor naturală este mai mare decât cea a rocilor gazdă, prin urmare, conform HA, stratul se evidențiază ca maxim. Metoda CL bate perfect formația cu rezistență redusă, în special vârful acesteia. Metoda SP ( polarizare spontană ) evidențiază și stratul de bauxită polarizabil, iar eșecul citirilor OGK indică un conținut ridicat de hidrogen (există o mulțime de hidroxizi de aluminiu în bauxite).

Combinarea metodelor vă permite să extindeți semnificativ funcționalitatea oricărei metode, chiar și a celei mai simple. Rolul unei metode ieftine de raze gamma pentru identificarea rezervoarelor crește în special atunci când puțul este umplut cu fluid de foraj . Rezistivitatea electrică a acestei soluții este comparabilă cu rezistivitatea apelor de formare. În aceste condiții, metoda PS le distinge slab, iar datele GC devin principalele pentru identificarea rezervorului.

Vezi și

Literatură