Nukleära metoder för geofysisk forskning av brunnar

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 16 januari 2014; kontroller kräver 20 redigeringar .

Nukleära metoder för geofysisk forskning av brunnar  är en av de mest effektiva metoderna för att bestämma ett antal parametrar som är svåra att mäta med hjälp av elektriska loggningsmetoder (naturlig radioaktivitet, bulkdensitet, vätehalt, elementär sammansättning, askhalt i kol).

Dessutom kan nukleära metoder användas inte bara i ett öppet (inte kapslat med rör) borrhål , utan också i ett slutet, när många elektriska metoder är fundamentalt otillämpliga.

Metodhistoria och bakgrund

Det finns enorma mängder naturligt förekommande radioaktiva beståndsdelar i jordskorpan , särskilt i sura och sedimentära bergarter . Dessa grundämnen kan själva vara mineraler ( radium , kaliumsalter som innehåller K-40 ), eller så kan de vara tecken på andra mineraler (det finns radioaktiva föroreningar i kol, och radium finns sällan i naturen separat från uran , därför fungerar det som ett tecken dess närvaro i sökandet efter uranfyndigheter).

Nukleära metoder använder av uppenbara skäl inte alla typer av kärnreaktioner. Till exempel kan alfaloggning i en brunn inte existera i grunden, eftersom alfapartiklar har en extremt låg penetreringsförmåga (fri väg i luft är cirka 10 cm , i ett ark av folie  - mindre än en mikron ). Beta-loggning är också praktiskt taget otillämplig, eftersom beta-partiklar också har låg penetreringskraft. På grund av detta har reaktioner förknippade endast med neutroner och gammakvanta , som har en enorm penetrerande kraft, blivit riktigt utbredda . De vanligaste metoderna är: GK, GGK, NGK, NNK, INNK och deras varianter, men andra finns och kan användas. Bland dem kan du hitta sådana typer av loggning: NAK (neutronaktivering), GNK (gamma-neutron), röntgenradiometrisk och andra.

Kärnteknisk loggning, liksom all annan loggning, beror på hastigheten för den geofysiska sondens nedstigning och uppstigning. Om sonden har för hög rörelsehastighet kanske den helt enkelt inte hinner mäta förändrade parametrar, och för nukleära metoder är detta särskilt sant, eftersom många kärnreaktioner tar timmar. Dessutom har separata mätningar också funnit sin tillämpning, när den andra mätningen utförs i samma brunn, med samma anordning med samma hastighet, men efter en ganska lång tid, tills alla kärnreaktioner som initierats under jord är avslutade.

Gammametoder

Dessa metoder kan registrera både naturlig bergartradioaktivitet och artificiell radioaktivitet som skapats i brunnen före mätning.

GK (gammastråle)

För att registrera naturlig gammastrålning används en metod som kallas GK (gammaloggning). Kärnan i metoden är som följer: en sond sänks ner i borrhålet på en geofysisk kabel, som endast består av en gammastrålningsdetektor . Detektorn omvandlar gammakvantan som fallit in i den till en elektrisk signal och signalen överförs via kabel till ytan där den analyseras. Ju fler gammakvanta, desto fler avläsningar, det vill säga beroendet är direkt proportionellt. Följaktligen observeras de högsta avläsningarna i gamma-radioaktiva bergarter.

GC-metoden kan också användas både i ett stängt hål (en brunn täckt med foderrör) och i ett öppet hål (en borrad brunn, men utan rör ännu). Detta är möjligt på grund av den höga penetrerande kraften hos gammastrålar.

Detektorn är huvudelementet i sonden, oftast gjord på basis av PMT . Andra mönster är mindre vanliga.

I princip kan följande uppgifter lösas med hjälp av GC:n:

Men från allt ovanstående är GK i första hand en bedömning av lerhalten. Det är lera för HA som är en pålitlig referenshorisont.

GGK (gamma-gamma-loggning)

Denna metod mäter den artificiella radioaktiviteten (gammastrålning) av stenar runt brunnen.

Kärnan i metoden återspeglas i dess namn: bokstäverna " GG " betyder att berget först bestrålas med gammastrålning, och som svar registreras också gammastrålning, även om andra typer av strålning också är närvarande. Respons gammastrålning gör det möjligt att mer effektivt mäta bergparametrar än dess naturliga strålning, som hade kunnat saknas utan artificiell bestrålning.

Inledningsvis sänks en geofysisk sond ner i borrhålet. I den intressanta brunnsektionen bestrålas berget med gammastrålning och det blir radioaktivt. Som svar avger berget nya gammakvanta, som registreras av sonden. Av denna anledning inkluderar sonden både en gammastrålningskälla och en detektor (liknande den som används i GC-metoden). Ett blyskärmsskikt placeras mellan dem så att källan inte stör detektorn med sin egen strålning. Tack vare skärmen registrerar detektorn strålning endast från berget och interagerar inte med källan.

Gammakvanta som kommer in i berget påverkar det på olika sätt. Huvudtyperna för geofysik är följande typer av interaktion mellan kvanter och materia:

Det finns andra, mindre betydande typer av interaktion, såsom den nukleära fotoelektriska effekten. Beroende på vilken av dem som visade huvudinflytandet under mätningar, särskiljs faktiskt två typer av HGC:

GGK-P används i olje- och gasfält, eftersom bergets densitet är direkt relaterad till dess porositet , och bra olje- och gasreservoarer kännetecknas av hög porositet. GGK-P kan även användas i kolfyndigheter, men det beror på att kollagen alltid har en densitet som är lägre än de omgivande bergarterna.

GGK-S används i malm- och kolfyndigheter. Med dess hjälp, till exempel, bestämma askhalten i kol. Rent kol är sammansatt av kol, vars serienummer ( z  är Mendeleev-numret) i det periodiska systemet är 6, och icke brännbara föroreningar i kol består vanligtvis av kiseldioxid och lera, vars genomsnittliga serienummer är 12-13 enheter. Vid malmfyndigheter, respektive, bestämma serienumret på den metall som finns i malmen.

Neutronmetoder

Naturlig – naturlig – neutronstrålning existerar inte. Därför existerar inte heller enkel neutronloggning, liknande gammastrålningsloggning. Neutrontyper av loggning fungerar endast med hjälp av artificiellt skapad neutronstrålning. Av samma anledning klassificeras dessa metoder annorlunda än gammametoder. Dessutom beror de uppmätta avläsningarna, till skillnad från gammametoder, inte bara på interaktionens karaktär utan också på exponeringens varaktighet. Därför är metoderna uppdelade i två stora grupper:

Neutroner kan interagera på olika sätt med den materia som de passerar genom. Därför är var och en av dessa grupper också uppdelad enligt arten av interaktionen mellan neutroner och den bestrålade bergarten. Huvudtyperna av interaktion mellan neutroner och materia är följande:

En geofysisk sond för neutronloggning inkluderar med nödvändighet en neutronkälla, till exempel, innehållande spontant sönderfallande Cf-252 . Källan till neutroner, förutom spontant klyvbara element, kan också arbeta på artificiellt skapade reaktioner, eftersom de gör det möjligt att få neutroner med högre energi. Till exempel kan ett neutronflöde erhållas från reaktionerna mellan deuterium och tritium eller beryllium med en alfapartikel :

NGK (Neutron Gamma Ray)

Kärnan i metoden återspeglas i dess namn (bokstäverna NG ): berget bestrålas med ett konstant neutronflöde, och som svar registreras den resulterande gammastrålningen. Följaktligen består den geofysiska sonden av en neutronkälla, såväl som en gamma-kvantdetektor, som i GK-metoden.

Snabba neutroner, efter många kollisioner med atomer av lätta element , förlorar en del av sin energi och saktar ner till termiska energier (ca 0,025 eV). Metodens indikationer beror av denna anledning huvudsakligen på vätehalten i mediet som studeras. Denna egenskap tillåter detektering av både olja och vatten i reservoarer. Dessutom tillåter NGK att delvis mäta salthalten i formationsvatten, eftersom de innehåller klor, vilket ökar sekundär gammastrålning. Metoden är också lämplig för litologisk dissektion av brunnen och bestämning av skiktens tjocklek.

OGKs reaktion på leror bör nämnas. Trots att lera är ett klassiskt vattentätt material som praktiskt taget inte släpper igenom vatten, innehåller det ett stort antal subkapillära porer som redan är fyllda med så kallat bundet vatten , som inte kan lämna leran på grund av ytspänning , vätebindningar och andra faktorer. Av denna anledning ger tydligen torr lera onormalt låga värden.

Nackdelen med NGK är att det beror på brunnens utformning. För det första är borrvätskan som finns i brunnen också en vätehaltig mellanhand, vilket bidrar med en betydande del till mätningarna. Med hänsyn till brunnens variabla diameter och, som ett resultat, den olika tjockleken på "mellanskiktet" av borrvätskan mellan borrhålsväggen och den geofysiska sonden, är det mycket svårt att ta hänsyn till närvaron av denna vätska. För det andra innehåller samma borrvätska salt, som innehåller klor. Som noterats ovan bidrar klor till en ökning av sekundär gammastrålning.

NNK (Neutron-Neutron Logging)

I denna metod bestrålas berget med ett konstant neutronflöde, som svar registreras också reaktionsneutronflödet. Den senare kan vara av två typer: termisk (med relativt låg energi) och supratermisk (med ökad energi). Därför finns det två typer av NW:er:

Vid genomförande av NNK-T mäts den ändrade flödestätheten hos termiska neutroner som emitteras från sonden. Denna densitet beror både på mediets neutronmodererande egenskaper och på de neutronabsorberande egenskaperna. I själva verket betyder detta att NNK-T mäter vätehalten i mediet och närvaron av absorberande element, som har ett högt termiskt neutroninfångningstvärsnitt. Därför ger NNK-T samma resultat som NGK .

NNK-NT består i att mäta flödestätheten hos epitermiska neutroner (de har energier från 0,5 eV till 20 keV). Denna densitet är praktiskt taget oberoende av mediets absorberande egenskaper och kan endast användas för att bestämma vätehalten. Detta är den största fördelen med NNK-NT. Ett intressant faktum: under en tid ansågs epitermisk neutronloggning vara tekniskt omöjlig på grund av det faktum att det är svårt att upptäcka epitermiska neutroner separat från termiska neutroner om de går i samma ström. Lösningen på detta problem visade sig vara enkel: i den geofysiska sonden för NW-NT placeras en detektor inte för epitermiska neutroner, utan för termiska, men den placeras i ett paraffinskal. Eftersom paraffin har en mycket hög vätehalt är det oöverstigligt för termiska neutroner om de går i samma ström med epitermiska. Därför passerar endast epitermiska neutroner från mediet genom paraffinskärmen, medan termiska neutroner inte kan komma in i detektorn. I detta fall bromsas de överförda epitermiska neutronerna ner i paraffin och omvandlas till vanliga termiska, som detektorn registrerar. På grund av detta, när man mäter flödet av enklare termiska neutroner, registrerar man faktiskt antalet epitermiska neutroner, eftersom de registrerade termiska neutronerna "bara" var epitermiska.

INNK (pulsad neutron-neutronloggning)

Pulsad neutron-neutronloggning skiljer sig fundamentalt från resten genom att berget inte bestrålas med ett kontinuerligt neutronflöde, utan med korta skurar - pulser. Som svar är det inte så mycket neutronerna själva från berget som registreras, utan deras livslängd studeras. Enligt denna indikator är raserna fundamentalt olika.

Den genomsnittliga livslängden för epitermiska neutroner beror på innehållet av absorbatorer (t.ex. klor) och väte i berget. Möjliga värden:

Tack vare en sådan ganska tydlig skillnad (i tid) på LPOR-diagrammen är det möjligt att inte bara skilja en vattenreservoar från en oljereservoar, utan det är även möjligt att hitta gränsen för en olje-vattenkontakt ( OWC ), om det finns både vatten och olja i behållaren samtidigt. Ofta är det nödvändigt att leta efter gasoljegränsen (GOC), medan NOC inte kan skilja mellan dessa gränser.

Komplexeringsmetoder

Av objektiva skäl ger ingen geofysikmetod fullständiga och tillförlitliga resultat. Därför är det vanligtvis opraktiskt att använda dem ensamma, på grund av detta används olika metoder tillsammans. Genom att kombinera den information som erhållits med deras hjälp är det möjligt att "dechiffrera" innehållet i tarmarna mer tillförlitligt.

På det givna avsnittet uppstår ett komplext geologiskt problem - att hitta djupet för förekomsten av kollag. Den skenbara resistivitetsmetoden ( RS ) är en elektrisk loggningsmetod som inte gjorde det möjligt att skilja kol från kalksten i detta avsnitt utan att involvera ytterligare forskning (båda har ungefär samma motstånd, allt annat lika). Men involveringen av densiteten GGC gör att du omedelbart kan identifiera kalksten i sektionen. Den enkla HA ger också trovärdighet åt denna uppfattning, eftersom den svarar bra på skumhet: det finns ingen lera i kollag och kalksten, så HA-avläsningar misslyckas mot dem. Ett bromsokdiagram ( KM ) visas också för jämförelse . I KM-metoden mäts brunnens diameter, som varierar med dess djup. I motsats till sprött kol förstörs brunnens väggar under borrning, så brunnens diameter blir större, och tät kalksten gav inte efter för samma förstörelse, så CM registrerade inte dess förstörelse.

I denna sektion hittades ett lager av bauxiter , eftersom deras naturliga radioaktivitet är högre än värdstenarnas, därför sticker lagret enligt HA ut som ett maximum. CL-metoden slår perfekt av formationen med minskat motstånd, speciellt dess topp. SP -metoden ( spontan polarisation ) framhäver också det polariserbara bauxitskiktet , och felet i OGK-avläsningarna indikerar en hög vätehalt (det finns många aluminiumhydroxider i bauxiter ).

Genom att kombinera metoder kan du avsevärt utöka funktionaliteten för vilken som helst, även den enklaste metoden. Rollen av en billig gammastrålningsmetod för att identifiera reservoarer ökar särskilt när brunnen är fylld med borrvätska . Den elektriska resistiviteten hos denna lösning är jämförbar med resistiviteten hos formationsvatten. Under dessa förhållanden skiljer PS- metoden dem dåligt, och GC- data blir de viktigaste för att identifiera reservoaren.

Se även

Litteratur