Interacțiunea cuantelor gamma cu materia. Coeficientul total de atenuare liniară a cuantelor gamma în materie Calculul caracteristicilor interacțiunii cuantelor gamma cu aerul

Interacțiunea cuantelor gamma cu materia este fundamental diferită de interacțiunea particulelor încărcate.

În primul rând, conceptul de încetinire nu este aplicabil razelor gamma. Viteza lor nu depinde de energie și este de aproximativ 300.000 km/s. În plus, ei nu au nicio sarcină și, prin urmare, nu experimentează interacțiunea Coulomb de moderare.

Cu toate acestea, pentru g-quanta, interacțiunea eficientă se poate manifesta deja la o distanță de zecimi de angstrom (1A = 10 -8 cm). Această interacțiune are loc în timpul unei coliziuni directe a unui cuantic g cu un electron sau nucleu atomic. Gamma este un cuantic câmp electromagnetic poate interacționa cu sarcinile electrice ale acestor particule și le transferă toată sau o parte din energia sa.

Orez. 7.2.

Ionizarea specifică creată de razele gamma este de aproximativ 5.104 ori mai mică decât ionizarea specifică a particulelor alfa și de 50 de ori mai mică decât ionizarea specifică a particulelor beta. În consecință, puterea de penetrare a radiațiilor gamma este mai mare. Interacțiunile fotonilor cu materia pot fi clasificate în funcție de două caracteristici principale:

• 1) după tipul de particule cu care fotonul interacționează (atom, electron, nucleu atomic),
• 2) după natura interacțiunii (absorbție, împrăștiere, formarea perechilor).

În intervalul de energie de la 0,5 la sute de MeV, rolul principal în pierderea de energie a g-quantei este jucat de 4 procese care provoacă o slăbire a intensității radiației g: împrăștiere coerentă, efect fotoelectric, împrăștiere Compton și formarea perechilor electron-pozitron (Fig. 5.2).

Să ne oprim mai detaliat asupra luării în considerare a principalelor procese care însoțesc trecerea radiațiilor gamma prin materie.

Interacțiunile razelor gamma cu materia

BAZELE FIZICE ALE RADIOMETRIEI FUNȚEI

PARTEA 2. Metode fizice nucleare

În geofizica nucleară, se utilizează doar radiația cea mai pătrunzătoare - neutroni și raze gamma, care „transparent” sistemul de puțuri de rezervor prin carcasa de oțel și piatra de ciment. Reacțiile provocate de neutroni din roci sunt mult mai diverse decât reacțiile cauzate de razele gamma. Din acest motiv, metodele cu neutroni staționari și pulsați sunt utilizate pe scară largă în zăcămintele de petrol, gaze și alte minerale pentru a determina proprietățile rezervorului rocilor, pentru a identifica obiectele productive, pentru a controla dezvoltarea câmpului, în analiza elementară a rocilor și a materiilor prime minerale și pentru a rezolva multe altele importante. probleme .

O măsură a interacțiunii cuantelor gamma (precum și a altor particule) cu materia este secțiunea transversală a interacțiunii efective - microscopică și macroscopică. Secțiune microscopică s determină probabilitatea de interacțiune a unei particule cu o altă particulă țintă (nucleu, electron, atom). Secțiune macroscopică Σ - ϶ᴛᴏ măsura probabilității de interacțiune a unei particule cu o unitate de volum de materie; este egal cu produsul microsecțiunii și numărul de ținte pe unitatea de volum. Conform tradiției istorice, secțiunea macrotransversală pentru raze gamma este de obicei numită coeficientul de atenuare liniar și notăm m (nu Σ). Valoarea 1/Σ determină calea liberă medie pentru un anumit tip de interacțiune.

Radiația gamma este atenuată în materie din cauza: efect fotoelectric; efect Compton; formarea perechilor; interacțiuni fotonucleare.

La efect fotoelectric (Fig. 7.1a) razele gamma interacționează cu învelișul de electroni a atomului. Fotoelectronul rezultat transportă o parte din energia razelor gamma E=hv-E 0, unde E 0 – energia de legare a unui electron într-un atom. Procesul are loc la energii de cel mult 0,5 MeV. Ca urmare a efectului fotoelectric, apare și radiația caracteristică cu raze X.

Secțiunea transversală microscopică a efectului fotoelectric depinde de energia cuantumului gamma și de numărul de serie Z element

s f = 12,1 E –3,15 Z 4.6 [hambar/atom].

Dependență puternică de Z permite utilizarea efectului fotoelectric pentru determinarea cantitativă a conținutului de elemente grele din roci (metode radiometrice cu raze X și gamma-gamma selective).

La Compton efect, radiația gamma interacționează cu electronii, transferându-le o parte din energie și apoi se propagă prin rocă, experimentând o împrăștiere multiplă cu o schimbare a direcției inițiale de mișcare. Acest proces este posibil la orice energie a razelor gamma și este cel principal la 0,2<E<3 МэВ, т. е. именно в области спектра первичного излучения естественно-радиоактивных элементов.

Fig.7.1a,b. Principalele tipuri de interacțiuni ale radiațiilor gamma cu materia ( O) și intervalele de energie și numere atomice în care apar ( b) (AIEA, 1976 ᴦ.):

1 – efect fotoelectric; 2 – împrăștiere Compton; 3 – efectul formării napului electron-pozitron

Procesul de formare a perechilor electron-pozitron care decurg din fotoni în câmpul nucleelor ​​atomice este cel mai probabil pentru rocile care conțin elemente grele (vezi Fig. 7.1b) la energii de cel puțin 1,02 MeV.

Cu toate acestea, la diferite energii, cuante gamma interacționează predominant cu diverse ținte: atomi, electroni, nuclee atomice.

În regiunea energetică în care efectele Compton și foto sunt cele mai semnificative (Fig. 7.1b), secțiunea transversală a interacțiunii macroscopice totale (numită și coeficient de atenuare liniară)

m=m f +m k =m k (1+m f /m k) (7,1)

unde m k = n e s к – macro-secțiune a efectului Compton; n e este numărul de electroni pe unitatea de volum.

Densitatea electronică a mediilor constând din elemente cu raportul Z/A=1/2 este strict proporțională cu densitatea în vrac (astfel de medii se numesc „normale”). Datorită prezenței hidrogenului, pentru care Z/A=1, rocile diferă de mediile „normale”; măsura acestei diferențe este „coeficientul de normalizare”.

Numărul atomic efectiv al unui mediu cu compoziție complexă este numărul de serie al unui astfel de mediu monoelement, a cărui secțiune transversală de absorbție fotoelectrică este aceeași ca în acest mediu multielement.

Pentru mediul monocelule n e=d N A Z/O, Unde N / A– numărul lui Avogadro; OŞi Z– numărul de masă și numărul de serie; d – densitate. Elemente incluse în compoziţia mineralelor formatoare de roci De la starea de stabilitate nuclee atomice(condiția de saturație a forței nucleare) necesită asta O=N+P» N+Z»2 Z, (N» Z) (Unde NŞi R– numărul de neutroni și protoni din nucleu), apoi Z/O= 0,5 indiferent de tipul elementului (singura excepție este hidrogenul).

Cu toate acestea, cu împrăștierea Compton, macrosecțiunea mk este determinată de densitate (valoarea 2d Z/O numită în mod obișnuit densitate electronică). Acest fapt servește ca o justificare fizică strictă modificarea densității metodei gamma-gamma (GGM) . În regiunea energetică a efectului Compton m»d, iar valoarea

nu depinde de densitate (Fig. 7.2b); această mărime este de obicei numită „coeficient de atenuare a masei”.

Fig.7.2a, b. Dependența coeficientului de atenuare a masei m/d de energia razelor gamma ( O) și numărul atomic Z element ( b). Codul curbei – energia razelor gamma, MeV

Pentru o comparație convenabilă a influenței efectului fotoelectric și a împrăștierii Compton, se utilizează secțiunea transversală de fotoabsorbție per electron

s f/ Z = P e×10 –2 ( E/132) –3,15 , (7.3)

unde este valoarea R e(„indicele de absorbție fotoelectrică”) este egal cu ( Z/10) 3.6. Raportul secțiunilor m f /m la =s f /Z s la " P e/s la numărul atomic efectiv Z eff este exprimat după cum urmează (pentru un mediu cu mai multe elemente):

unde Z i, A i,P eu - numărul atomic, greutatea atomică și fracția de greutate (masă). i al-lea element, respectiv, iar însumarea este extinsă la toate elementele din amestecul natural.

Atenuare și intensitate dJ fascicul larg de radiații gamma într-un strat plat de substanță omogenă de grosime dx este descris printr-o ecuație diferențială similară cu legea dezintegrarii radioactive:

în formă integrală

J(x) = J 0 exp(–m x). (7.6)

Dacă densitatea mediului depinde de x geometrie („barieră”), adică μ = μ (x), Asta

J(x) = J 0 exp[–Λ( x)], (7.7)

unde Λ este grosimea optică a stratului x, sau

unde T(x) este grosimea masei stratului x; - coeficientul de atenuare a masei.

Pentru o sursă izotropă punctiformă, legea de atenuare exponențială (7.7) este suprapusă de legea divergenței geometrice 1/(4p). r 2) în geometria sferică („legea pătratului invers”):

J(r) = J 0 exp(–m r)/ (4p r 2). (7.9)

Această expresie descrie distribuția spațială a radiațiilor neîmprăștiate (neutroni sau gamma). Spectrul de radiații împrăștiate multiple (Fig. 7.3) dintr-o sursă monoenergetică include radiații împrăștiate, dar cu o energie în scădere, radiațiile împrăștiate multiple au o contribuție din ce în ce mai mare. În timp ce secțiunea transversală a efectului fotoelectric este mică, factorul determinant este densitatea electronică a substanței, care, la rândul său, este determinată de densitatea mediului. Odată cu o creștere a secțiunii transversale de absorbție fotoelectrică (în conformitate cu o scădere a energiei cuantelor gamma), amplitudinea spectrului scade și este determinată nu numai de densitate, ci și de numărul atomic efectiv al substanței ( indicele de absorbție fotoelectrică). Din acest motiv, înregistrarea spectrometrică face posibilă determinarea nu numai a densității rocii, ci și a numărului său atomic efectiv (tipul litologic al rocii). Această modificare a HGM este de obicei numită „selectivă”.

Fig.7.3. Spectrul radiațiilor gamma dispersate în roci de aceeași densitate, dar de compoziție diferită (după I.G. Dyadkin, 1978 ᴦ.; V. Bertozzi, D. Ellis, J. Wall, 1981 ᴦ.):

1 -3 – numerele atomice Z respectiv mic, mediu și mare; 4 – regiunea efectului fotoelectric și împrăștierea Compton; 5 – Regiunea de împrăștiere Compton, S– partea moale a spectrului; H– parte dură (Compton) a spectrului

La modificarea selectivă a HGM(GGM-S) utilizează surse și detectoare de radiații gamma moi. Citirile GGM-S depind atât de împrăștierea Compton a cuantelor gamma (deci, de densitatea mediului), cât și de absorbția acestora, care este determinată de concentrația elementelor grele din rocă. Parametrul de interpretare al metodei este secțiunea transversală de absorbție fotoelectrică - P e [barn/electron]. Secțiunea transversală de absorbție macroscopică pe unitatea de volum a unei substanțe este notă cu U, numită de obicei parametru de fotoabsorbție [hambar/cm 3 ] și este determinată de expresia:

unde b e este densitatea electronilor. Parametrul U are un model petrofizic liniar. Acest lucru face posibilă includerea datelor GHM-S într-un sistem de ecuații petrofizice pentru a determina compoziția litologică și porozitatea depozitelor poliminerale. De exemplu, pentru un model cu două componente ale unui mediu (scheletul și fluidul care umple spațiul capacitiv), indicele de absorbție fotoelectrică este determinat de expresia:

U=K p ·U fl +(1-K p) ·U sk, (7.10)

unde U fl, U sk sunt parametrii corespunzători ai fluidului și, respectiv, scheletului.

Se crede că un quantum gamma nuclear este un cuantum de radiație electromagnetică cu o energie în intervalul 10 KeV - 10 MeV emisă de un nucleu. Un quantum gamma poate fi considerat ca o particulă fără masă sau sarcină, care se mișcă cu viteza luminii. În ciuda lipsei de sarcină, razele gamma sunt capabile să interacționeze cu materia, în principal cu electronii din atomi. Există trei tipuri de interacțiune a razelor gamma cu electronii: efectul fotoelectric, împrăștierea Compton și formarea perechilor electron-pozitron.

Efectul fotoelectric este o interacțiune în care energia unui quantum gamma este complet transformată (excluzând energia de legare a unui electron dintr-un atom) în energia cinetică a unui electron. În acest caz, cuantumul gamma dispare, iar electronul își pierde energia pentru a ioniza atomii, formând o anumită cantitate de sarcini libere. Un fapt important este că întreaga energie a cuantumului gamma (cu excepția unei părți foarte mici din ea) este cea care merge la electron și apoi este convertită în energia sarcinilor libere. Numărul de încărcări libere este proporțional cu energia electronului și, prin urmare, cuantumul gamma. Prin urmare, prin măsurarea sarcinii formate într-o substanță, este posibilă determinarea energiei cuantumului gamma.

Din păcate, cu celelalte două tipuri de interacțiuni situația este mult mai complicată. În timpul împrăștierii Compton a unui quantum gamma pe un electron, cuantul gamma transferă doar o parte din energia sa către electron și nu dispare. Astfel, se obține un cuantum gamma de energie mai mică și un electron. O parte din energia transferată de un quantum gamma unui electron depinde de unghiurile de expansiune ale cuantumului gamma și electronul după interacțiune.

Aceasta înseamnă că cunoașterea energiei electronilor după împrăștierea Compton nu oferă nicio informație despre energia inițială a cuantumului gamma.

Formarea perechilor electron-pozitron are loc dacă energia cuantumului gamma depășește 1,022 MeV. În acest caz, se formează un electron și un pozitron, iar cuanta gamma dispare. Electronul își pierde apoi energia în mediu, iar pozitronul se anihilează, emițând două cuante gamma cu o energie de 0,511 MeV. La rândul lor, razele gamma emise participă la procesele de fotoabsorbție și împrăștiere Compton. Prin urmare, atunci când se formează perechi, este imposibil să se obțină informații despre energia cuantumului gamma primar.

Un detector ideal ar trebui să transforme toată energia unei raze gamma într-un impuls electric, a cărui mărime este direct proporțională cu energia cuantică, prin urmare, din toate cele trei procese de interacțiune a razelor gamma cu materia, efectul fotoelectric este cel mai informativ.

Pentru a obține rezultate bune la măsurarea activității, este necesar să se maximizeze numărul de interacțiuni care trec prin canalul de efect fotoelectric, reducând numărul celorlalte două tipuri care interferează cu înregistrarea. Deoarece probabilitatea efectului fotoelectric, în funcție de sarcina medie a atomilor substanței (Z), crește proporțional cu gradul (Z4) - (Z5), este necesar să se utilizeze substanțe cu Z maxim în detectoare.

Desigur, toate procesele de interacțiune pot avea loc chiar și pentru un quantum gamma. De exemplu, formând o pereche, cuanta gamma a dispărut, pozitronul s-a anihilat, producând două cuante gamma de 0,511 MeV fiecare, dintre care una era împrăștiată Compton, iar cealaltă a fost absorbită de efectul fotoelectric. Dacă energia unei cuante gamma este mai mică de 100 KeV, atunci procesul principal este efectul fotoelectric la energii mai mari de 100 KeV, proporția cuantelor gamma împrăștiate crește, iar la energii mai mari de 1,022 MeV începe formarea perechilor; a contribui.

Figura Fig. 1.6.1 prezintă probabilitățile tuturor proceselor în funcție de energia razelor gamma pentru NaI, un cristal utilizat în detectoarele de scintilație.

Deci, pentru a determina energia unui cuantum gamma, este necesar să se măsoare sarcina formată în detector atunci când cuantumul gamma este complet absorbit.

Există 12 tipuri cunoscute de interacțiune a cuantei y cu materia. Dintre acestea, în regiunea energetică de 0,05-5-1,5 MeV, caracteristică surselor izotopice utilizate în geofizică, trei sunt semnificative: efectul fotoelectric, efectul Compton și formarea de perechi.

Secțiunea transversală microscopică totală pentru interacțiunea cuantelor cu materia este egală cu suma secțiunilor transversale pentru procesele enumerate:

Efect fotoelectric (absorbție fotoelectrică) este interacțiunea unui cuantic cu un atom în care cuantul este absorbit, iar energia sa este parțial cheltuită pentru separarea unui electron și parțial transferată acestuia din urmă sub formă de energie cinetică.

Un atom care a pierdut un electron ca urmare a efectului fotoelectric se află într-o stare instabilă. Aproape instantaneu, învelișul eliberat este umplut de un electron de la un nivel mai îndepărtat. Energia în exces, egală cu diferența dintre energiile acestor niveluri, este eliberată sub formă de cuante de radiație caracteristică cu raze X, care are o energie specifică pentru un element dat.

Efectul Compton numită împrăștiere elastică a cuantei y pe electronii atomilor. Ca rezultat, cuantele își schimbă direcția și transferă o parte din energie către electroni. Când Eg>Ei, electronii atomici pot fi considerați liberi și în repaus. Legătura lor cu atomul nu are practic niciun efect asupra tiparelor de împrăștiere.

(De exemplu, este energia razelor gamma, Ei este energia electronului total, Z este numărul atomic al elementului).

Efect de asociere consta in formarea unui electron si a unui pozitron de catre o cuanta la o energie egala cu suma energiilor de repaus ale acestor particule = 1,02 MeV.

Un pozitron se anihilează aproape instantaneu ca urmare a unei coliziuni cu un electron liber al substanței. În acest caz, se formează două g-quante cu o energie de 0,51 MeV.

Sursele de raze gamma și de neutroni sunt cele mai importante elemente ale echipamentelor radioactive de înregistrare în fond. Dacă modificarea în timp a densității de flux a particulelor studiate este asociată doar cu fluctuații statistice, sursa se numește staționară. Dacă schimbarea este cauzată nu numai de fluctuațiile statistice, sursa se numește non-staționară. De obicei, sursele non-staționare funcționează

în modul puls.

Fluctuaţie- Abaterea aleatorie a unei marimi fizice de la valoarea sa medie; fluctuații ciclice, instabilitate.

Sursele de g-quanta sunt fiolele metalice care conțin, de regulă, (medicamente b-active. Ca urmare a dezintegrarii b, apare radiația g. Radiația particulelor b este stinsă în corpul fiolei sau folosind filtre speciale

trov. Tipul de medicament care determină activitatea -g, energia radiației și alți parametri ai sursei depinde de tipul problemei care se rezolvă (Tabelul 3). Sursele de fiole sunt staţionare.

Detectoare de radiații sunt împărțite în umplute cu gaz, scintilație și semiconductor. Principiul funcționării lor se bazează pe înregistrarea electronilor și ionilor sau fotonilor de lumină rezultați din interacțiunea radiațiilor cu materia.

Detectoare umplute cu gaz Sunt un tub de sticlă sau metal umplut cu un gaz inert și având doi electrozi. În absența radiațiilor ionizante, nu curge nici un curent între electrozi. Razele gamma sunt absorbite în gaz pentru a forma electroni, neutronii pentru a forma particule alfa și protoni. Particulele încărcate ionizează gazul, rezultând impulsuri de curent electric.

Contoare de scintilație realizate din substanțe optic active – scintilatoare. Când radiațiile ionizante interacționează cu o substanță optic activă, atomii și moleculele sunt excitați, din care sunt eliberați, emițând fotoni. La înregistrarea cuantelor, ca scintilatoare sunt folosite cristale simple de iodură de sodiu NaJ sau iodură de cesiu CsJ, activate cu taliu T1 pentru a crește puterea de lumină. Pentru înregistrarea neutronilor termici

Se folosesc cristale de iodură de litiu activate cu europiu, îmbogățite cu izotopul 6Li, sau cristale pe bază de sulfură de zinc activată cu argint.

Detectoarele cu semiconductori se bazează pe generarea de purtători de sarcină liberi într-un solid sub influența radiațiilor ionizante. Intervalul de particule dintr-un solid este de aproximativ 103 ori mai mic decât într-un gaz, iar probabilitatea de ionizare

mult mai sus.

Detector de semiconductor (SCD) este un cristal din material semiconductor de siliciu sau germaniu cu regiuni p și n mici, caracterizate printr-o concentrație mare de impurități și o regiune L extinsă fără impurități, situată între ele. Lățimea regiunii i poate fi mărită la 8-12 mm prin compensarea impurităților cu ioni de litiu. Prin urmare, SPD-urile existente sunt de obicei siliciu-litiu sau germaniu-litiu. La ionizarea regiunii i,

există un impuls de curent, a cărui putere este proporțională cu energia

particule ionizante.

SPD este folosit în principal pentru înregistrarea cuantelor. Volumul de lucru relativ mic duce la faptul că eficiența SPD este scăzută - majoritatea cuantelor trec prin el fără a fi absorbite.

Întrebare

bazele fizice ale yafmas - vezi mai sus (începutul 31). Plus asta!

Detectoare- vezi mai sus (31).

Imprăștirea neutronilor elastici este o reacție nucleară în care energia internă a nucleului nu se modifică și se păstrează suma energiei cinetice a sistemului înainte și după ciocnire.

Încetinirea continuă până când neutronii sunt în echilibru termic cu mediul, adică până când energia lor devine, în medie, comparabilă cu energia mișcării termice a atomilor și moleculelor. De aceea, astfel de neutroni sunt numiți termici.

Întrebare

Densitatea GGC

Înregistrarea cu raze gamma a densității (GD-G) este utilizată pentru a determina densitatea rocilor și pentru a evalua calitatea tubului puțului. În consecință, există contoare de densitate gamma-gamma și contoare de ciment gamma-gamma.

Baza fizică a GGK-P poate fi înțeles prin analizarea fenomenelor care apar atunci când o substanță este iradiată cu y-quanta dure. Cu geometria implementată în condiții de foraj, sursele și detectoarele sunt pe o parte a obiectului studiat (Fig. 94). Prin urmare, doar particulele împrăștiate intră în detector prin găuri speciale de colimare dintr-un ecran din metal cu un Z mare (plumb, wolfram).

cuante. În consecință, tipul de interacțiune a cuantelor gamma cu materia este reglementat de efectul Camton.

Efectul Compton numită împrăștiere elastică a cuantei y pe electronii atomilor.

Raportul dintre valoarea Z, numărul de protoni și A-

rata de scădere a numărului de nuclee identice în timp = 0,5.

La rândul său, la Z/A=0,5, conform relației mk este proporțională cu densitatea în vrac a substanței d. Mai jos sunt explicatiile..

acțiuni și se notează mk

Pentru efectul Campton:

Îndeplinirea condiției Z/A = 0,5 înseamnă că densitatea volumică a mediului este egală cu densitatea sa electronică 6e. Densitatea fazei solide a bsp a majorității rocilor, în special gresiilor și carbonaților, este practic egală cu densitatea sa electronică.

știrile fie tv. În același timp, pentru faza lichidă (apă, ulei și alte fluide de formare) Z/A=0,5 datorită influenței hidrogenului. Prin urmare, pentru faza lichidă, densitatea dv și densitatea de electroni diferă semnificativ. De exemplu, pentru apă:

Pentru rocile poroase saturate cu apa putem scrie:

Dacă scădem unul din celălalt și folosim egalitatea 1, obținem:

Astfel, eroarea datorată influenței conținutului de hidrogen este mică, aproximativ constantă și poate fi luată în considerare în timpul interpretării.

Sonde

Există contoare de densitate cu o singură sondă (o sursă - un detector) și cu sondă dublă (o sursă - doi detectoare). Lungimea totală a sondei Lз (sondă) este distanța dintre centrele sursei și detector, lungimea sondei L este distanța

de-a lungul generatricei exterioare a sondei între marginile cele mai apropiate ale orificiilor de colimare. Lungimea maximă a sondei este limitată de activitatea sursei admisă din punct de vedere al siguranței, cea minimă de dimensiunile ecranului. Pentru majoritatea dispozitivelor cu două sonde, sonda mică are Lз = 15-25 cm (L = 10-18 cm), sonda mare are Lз = 35-45 cm (L = 30-35 cm).

HGM-urile au o adâncime mică și, prin urmare, citirile lor au o adâncime mare

influența o exercită turta de lut și caverne. Din același motiv, ele nu pot fi utilizate pentru determinarea parametrilor rocilor din puțurile tubate.

Probleme rezolvate folosind densitimetria gamma-gamma:

identificarea rocilor cu densități diferite în secțiuni de puțuri; izolarea și cuantificarea conținutului de minerale a căror densitate diferă de densitatea rocilor gazdă; determinarea coeficientului de porozitate.

Să ne uităm pe scurt la fiecare dintre ele. Densitimetria gamma-gamma face posibilă separarea rocilor ale căror densități diferă cu mai mult de 0,03-0,05 g/cm3. Identifică clar sărurile geme, anhidrite și, în secțiunile terigene și carbonatice, rezervoare de petrol și gaze caracterizate prin densitate scăzută.

Folosind densitimetria gamma-gamma, este posibil să se determine adâncimea, grosimea și structura straturilor de cărbune d = 1,2-1,8 g/cm3). De asemenea, este folosit pentru a izola mineralele a căror densitate diferă de densitatea rocilor gazdă. În primul rând, acest lucru se aplică minereurilor de mangan și cromit d = 3,7-4,5 g/cm3). Prezența unei corelații între conținutul de cenușă al cărbunilor și densitatea acestora, densitatea cuarțitelor feruginoase și conținutul de fier din acestea permite utilizarea GGK-P pentru

numărarea inventarului.

Coeficientul de porozitate este determinat de formula:

Derivat din formula 2) (mai sus).

Întrebare

ÎNREGISTRAREA NEUTRONILOR

Metoda GIS, bazată pe iradierea rocilor cu un flux staționar de neutroni rapizi și înregistrarea neutronilor termici, neutroni supratermici sau g-quanta de captare a radiației, se numește înregistrarea neutronilor (NK).

modificări NK

Există înregistrare supratermală neutron-neutron (NNK-NT), înregistrare termică neutron-neutron (NNK-T), înregistrare integrată cu raze gamma neutroni (ING) și înregistrare spectrometrică cu raze gamma neutroni (SNGL).

Instrumente de foraj metodele cu neutroni sunt aproximativ similare (Fig.).

În general, acestea conțin: o tijă / cu o sursă fiolă de neutroni rapizi 2 (în timpul transportului și depozitării, tija cu sursa este plasată într-un recipient de protecție); excluzând iradierea directă a detectorului, un ecran moderator 3 din material care conține hidrogen și un ecran absorbant 4 din plumb; detector de 5 neutroni sau 7 cuante; detector de 6 y-quante de radiație naturală; circuit electronic 7. Astfel, dispozitivele sunt proiectate pentru NDT și GK simultane.

Lungimea detectorilor și prezența ecranelor în instrumentul de fund duc la

datorită faptului că detectorul 4 se află în spatele punctului de inversare. Prin urmare, mediile cu con-

concentrația moderatorilor, cum ar fi formațiunile de ulei poros, diferă prin

diagrame ale metodelor neutronice cu indicatori redusi, iar straturile sunt dense, joase.

spongios – crescut. Sonde de metode neutronice, detectoare în care sunt amplasate

plasate în spatele punctului de inversare sunt numite dincolo de inversare.

Modificarea NK depinde în principal de tipul de detector și de filtrele care îl înconjoară. În instalațiile de măsurare NNK-T se utilizează heliu și, mai rar, scintillium.

contoare de țiune. Rata de numărare înregistrată este determinată în principal de fluxul de neutroni termici. In instalatiile de masura NNK-NT, contoarele sunt inconjurate de filtre de cadmiu care absorb neutronii termici. Scintilația și, mai rar, detectoarele umplute cu gaz sunt utilizate în echipamentele NGC.

y-quanta, în echipamentul spectrometric al SNGK - detectoare de scintilație proporțională de înaltă calitate. În unele cazuri, se folosesc detectoare cu semiconductori (SSD), care oferă o rezoluție semnificativ mai mare de energie. Cu toate acestea, PPD-urile necesită răcire, ceea ce complică semnificativ proiectarea dispozitivelor și tehnologia de măsurare.

Un parametru important al echipamentului NK este lungimea sondei Lз - distanța de la mijlocul sursei la mijlocul detectorului (pentru dispozitive cu mai multe sonde - până la începutul detectorului).

Bazele fizice

Citirile metodelor cu neutroni depind de proprietățile de moderare, absorbție și radiație ale rocii. Să luăm în considerare parametrii care determină aceste proprietăți.

Lungimea moderarii neutronilor Ls. Se poate observa că lungimea decelerației este determinată de coeficientul de porozitate al rocilor, adică este legată de conținutul lor de hidrogen; influența litologiei este semnificativ mai mică. Pentru

Pentru majoritatea mineralelor care formează roci care nu conțin apă de cristalizare, diferențele dintre valorile Ls sunt nesemnificative. Mai mult, ele sunt cauzate nu numai de diferitele proprietăți de întârziere ale elementelor incluse în minerale, ci și de diferențele de densități.

În rocile ai căror pori sunt saturati cu apă, petrol și gaz, conținutul total de hidrogen este estimat prin indicele de hidrogen (HI), care este egal cu raportul dintre concentrația volumetrică de hidrogen dintr-un mediu dat și concentrația sa în apă dulce.

apă în condiții normale. acest parametru se mai numește

umiditate echivalentă w. Pentru apa dulce echivalentul

umiditate w = 1. Pentru uleiuri wн ~ wв=1.

Pentru roci curate care nu conțin apă legată chimic, saturată cu apă și ulei cu apă:

adică VI-ul unor astfel de roci este egal cu porozitatea lor. Pentru gaz wg

Durata medie de viață a neutronilor termici t. Pe măsură ce crește conținutul de elemente cu o secțiune transversală de absorbție mare, t scade. Valori anormal de scăzute

t sunt caracteristice clorurilor, scăzute - pentru minerale de fier, sulfați, feldspați de potasiu, potasiu și minerale argiloase care conțin fier.

Coeficientul de difuzie a neutronilor termici D depinde în primul rând de

Lungimea difuziei neutronilor termici- Ld. Fiind o funcție a lui D și t, valoarea lui Ld depinde atât de proprietățile de întârziere, cât și de absorbția mediului. Odată cu creșterea conținutului de hidrogen și a numărului de elemente cu o secțiune transversală de absorbție mare, valoarea Ld scade.

Emisivitate rocă n reprezintă numărul mediu de g-quante produse în timpul captării radiative a unui neutron.

Opțiuni de migrare-lungimea totală de migrare a neutronilor termici Ln în procesul de încetinire și difuzie a acestora și lungimea totală de migrare a neutronilor și a radiațiilor gamma de captare radiativă Lnv sunt determinate de relațiile:

Raza de cercetare a NNM-NT este mai mică decât cea a NNM-T, iar cea a NNM-T este mai mică decât cea a GPS-ului.

Metodele neutronice permit rezolvarea următoarelor probleme: împărțirea litologică a secțiunii; determinarea porozității rocii; determinarea poziţiei contactului gaz-lichid. Metodele NNM-T și GPS fac posibilă determinarea locației contactului ulei-apă cu o salinitate semnificativă a apelor de formare și o zonă mică.

penetrare, precum și în puțurile tubate pe baza observațiilor de deformare

străbătând zona de penetrare. Metodele NNM-NT și NNM-T sunt utilizate la căutare

straturile de cărbune (cărbunele conține până la 12% hidrogen) și pentru a izola roci cu un conținut ridicat de bor.

Întrebare

Cu metodele cu neutroni pulsați, roca este iradiată pentru o perioadă scurtă de timp.

fluxuri mari (durata Δτ = 1-200 μs) de neutroni rapizi, următoarele

la intervale de timp τ. Înregistrarea densității neutronilor termici sau gamma

cuantele de captare a radiațiilor sunt efectuate după o anumită perioadă de timp

fără întârziere τz. Există metoda gamma cu neutroni pulsați (PNGM) și im-

metoda neutron-neutron pulsat (PNNM). Mai răspândită

modul de radiație pulsată se realizează prin utilizarea puțurilor de dimensiuni mici

acceleratoare de gaz, în care ionii sunt accelerați la viteze mari într-un câmp magnetic

câmp de mare intensitate. Bombardând o țintă specială, ei sunt knock out

neutroni puternici având o energie de 14,1 MeV. O energie atât de mare oferă

adâncimea de cercetare este de până la 60-70 cm, ceea ce este mai mare decât atunci când se utilizează staționar

Surse Narny. În plus, atunci când sursa de alimentare este oprită, sursa de impulsuri

nick nu emite și, prin urmare, este sigur. Beneficiile nu se opresc aici

metode de impuls.

Cu IMI, procesele de încetinire și difuzie au loc ca și cum ar fi secvențial

in timp si poate fi studiat separat in functie de timpul de intarziere

înregistrare. Intensitatea radiației înregistrate în timpul decelerației (până la 10

2μs) caracterizează conținutul de hidrogen al rocilor în timpul difuziei (10(2)

10(4) µs) - concentrația absorbanților. Este semnificativ faptul că durata de viață a neutronilor termici într-un puț este mai mică decât în ​​rocă, iar în formațiunile saturate cu apă mineralizată, este mai mică decât în ​​formațiunile saturate cu petrol. Acest lucru permite, prin aplicarea corespunzătoare

întârzierile existente (mai mult de 800 μs), obțineți informații independente de influență

puţul fluid şi caracterizarea tipului de umplutură. Determinarea sexului

Studiul contactului ulei-apă prin metode cu neutroni pulsați este posibil cu

concentraţiile de sare sunt mai mari de 30 g/l, în timp ce în metodele staţionare această valoare

nu mai puțin de 100 g/l. În principiu, OSI-urile rezolvă aceleași probleme ca și metodele staționare,

cu toate acestea, eficiența soluției este mai mare. Dezavantajele OSI includ complexitatea

echipamente și viteză scăzută de înregistrare.

Întrebarea 36

Uite 35

37. Înregistrare magnetică nucleară în câmpul natural al Pământului (NML). Fundamentele fizice. Proprietățile magnetice ale rocilor. Vector de magnetizare nucleară. Relaxare longitudinală și transversală.

BAZELE FIZICE

Înregistrarea magnetică nucleară (NML) se bazează pe studiul nuclear proprietăți magnetice fluide de hidrogen care umple porii rocii. Nucleele atomilor de hidrogen, ca și alte elemente (fluor, aluminiu, carbon-13 etc.), au propriul moment mecanic P (spin) și un moment magnetic μ, ale cărui axe coincid.

Spinul (răsucirea) caracterizează momentul unghiular mecanic intrinsec al particulelor elementare. Poate lua doar valori întregi sau semiîntregi (0; 0,5; 1; 1,5), exprimate în unități de h/2π, unde h este constanta lui Planck (6,6261·10-34 J·Hz-1). Spinii electronului, pozitronului, protonului și neutronului sunt 0,5. Aceasta înseamnă că ei iau valoarea 0,5 h/2π. Când astfel de nuclee sunt plasate într-un câmp magnetic extern constant H, momentele lor magnetice μ tind să fie orientate în direcția vectorului acestui câmp, ceea ce duce la apariția magnetizării nucleare. La scoaterea exteriorului câmp magnetic magnetizarea nucleară dobândită este distrusă datorită mișcării termice aleatorii a atomilor și moleculelor substanței. Deoarece acest lucru se întâmplă în câmpul magnetic al Pământului, nucleele sunt orientate de-a lungul acestui câmp, precedând (efectuând rotații amortizate) în jurul lui ca un vârf într-un câmp gravitațional cu așa-numita frecvență Larmor.

unde Hz este puterea câmpului magnetic al Pământului (Hz≈40 A/m); γgyr= μ/P - raportul giromagnetic (raportul dintre momentul magnetic μ al nucleelor ​​care precedă și momentul lor mecanic P). Cea mai mare valoare a lui γgyr este caracteristică hidrogenului. Aceasta determină cea mai puternică expresie a efectului magnetismului nuclear în hidrogen. În toate celelalte elemente care formează roca, acest efect este prea mic pentru a fi măsurat într-o gaură de foraj. Sarcina principală a RMN este de a înregistra efectele precesiei libere a protonilor nucleelor ​​de hidrogen în câmpul magnetic al Pământului. În acest scop, în puț se coboară o unealtă de fund, inclusiv o bobină dreptunghiulară alungită, un comutator care conectează alternativ cablurile bobinei fie la o sursă de curent continuu cu o putere de 2-3 A, fie la ieșirea amplificatorului. Când bobina este conectată la o sursă de curent, în mediu se creează un câmp magnetic polarizat constant. Când bobina este conectată la un amplificator, EMF indus în ea de precesia nucleelor ​​de hidrogen este amplificată și transmisă prin cablu la suprafață către echipamentele de la sol, unde este înregistrat (Fig. 79).

O reprezentare schematică a proceselor care au loc în timpul studiilor RMN și a vectorilor de magnetizare nucleară rezultați este dată în Fig. 80. În absența unui câmp magnetic artificial extern, momentele magnetice ale nucleelor ​​de hidrogen μ sunt orientate în direcția câmpului magnetic al Pământului H3, precedând în jurul acestuia (Fig. 80, I, a).

Când un curent de polarizare Ip este trecut printr-o bobină de polarizare pentru un timp tp (Fig. 80, II, a), în mediul studiat se formează un câmp magnetic constant de intensitate Hp. Vectorul acestui câmp formează un anumit unghi cu vectorul intensității câmpului Pământului Hz și îl depășește semnificativ (aproximativ două ordine de mărime) ca mărime. Vectorul de magnetizare nucleară M care apare în timpul tp este orientat de-a lungul vectorului rezultat Hср, care este suma a doi vectori de intensitate Нп și Нз (Fig. 80, I, b).

Vectorul de magnetizare nucleară M nu se stabilește imediat după pornirea curentului In, ci în timpul T1 de relaxare longitudinală (stabilire a echilibrului), care caracterizează viteza de creștere a magnetizării nucleare în direcția câmpului de polarizare aplicat (Fig. 80, II, b):

unde M0 este vectorul de magnetizare nucleară la tp→∞; practic tп se ia egal cu (3-5)T1

După oprirea curentului de polarizare (reducerea treptată a valorii curentului rezidual Ires și oprirea completă după un timp tres), doar câmpul magnetic al Pământului acționează în mediu, iar vectorul de magnetizare nucleară procesează în jurul vectorului Hz cu o frecvență circulară. ω (VI.1), revenind treptat la dimensiunea inițială (Fig. 80, I, c). Vectorul de magnetizare nucleară M față de Hz poate fi descompus în două componente: longitudinal Mll, care coincide cu direcția vectorului Hz, și transversal M⊥, perpendicular pe Hz.

Sub influența vectorului M⊥, în bobină este indus un semnal electric sinusoidal (emf alternant) - un semnal de precesie liberă (FSP), corespunzător amplitudinii Et a FSP (în V) la momentul t (în s) , scurs de la începutul precesiei, decadând exponențial cu constanta de timp de relaxare transversală T2 (Fig. 80, II, c):

Timpul de relaxare transversală T2 caracterizează rata de atenuare a semnalului (T2 este de obicei considerat a fi timpul în care amplitudinea inițială E0 scade de aproximativ 2,7 ori, E0 este amplitudinea inițială a SSP, proporțională cu vectorul de magnetizare nucleară M).

Pentru a preveni influența proceselor tranzitorii cauzate de oprirea curentului rezidual, momentul conectării bobinei la amplificator este deplasat cu timpul mort τ (vezi Fig. 80, II, d). EMF indus în bobina sondei este amplificat și transmis printr-un cablu către suprafața zilei, unde dispozitivul de înregistrare înregistrează amplitudinea EMF Ut la momentul t. Amplitudinea Ut este anvelopa semnalului de precesiune liberă: Ut = U0exp(-t/T2), unde U0 este amplitudinea inițială a semnalului de precesiune liberă. Deoarece semnalul de precesie liberă scade exponențial, este suficient să aveți două valori ale amplitudinii sale U1 și U2 sau U1 și U3, separate de anumite intervale de timp t1, t2 și t3 (35, 50 și 70 ms) după începerea precesiune, astfel încât prin extrapolare să se restabilească amplitudinea semnalului U0, care este utilizată pentru determinarea indicelui fluidului liber:

Echipamentul RMN vă permite să înregistrați automat simultan două sau trei înregistrarea curbelor modificărilor cu adâncimea amplitudinilor semnalului de precesiune liberă U1, U2 și U3 la momente fixe t1, t2 și t3 și valori constante ale tp și trest. Din aceste date se estimează (sau se înregistrează direct la utilizarea unui dispozitiv de calcul) valoarea lui U0, redusă până la momentul în care curentul rezidual de polarizare este oprit. Curbele U1, U2, U3, U0, înregistrate în funcție de adâncime, se numesc curbe RMN (Fig. 81).

Înregistrare magnetică nucleară în câmpul natural al Pământului (NML). Sondă, metodă pentru determinarea indicelui fluidului liber (FFI), factori care influențează citirile metodei, adâncimea și zonele de aplicare a RMN.

Interpretarea diagramelor RMN

Interpretarea diagramelor RMN presupune determinarea valorilor semnalului de precesie liberă și a timpului de relaxare longitudinală T1. Timpul de relaxare transversală T2, fiind distorsionat de neomogenitatea câmpului Pământului, nu este folosit pentru studierea secțiunilor de puțuri. Pe baza interpretării diagramelor RMN, se pot rezolva principalele probleme: identificarea rezervoarelor și evaluarea proprietăților acestora; evaluarea naturii saturației rezervorului și a perspectivelor de obținere a petrolului, gazelor sau apei din rezervor.

Izolarea colectoarelor

Proprietățile rezervorului rocilor sunt studiate folosind U0. Mărimea semnalului de precesiune liberă măsurată este influențată doar de acele nuclee de hidrogen care fac parte din moleculele capabile să se deplaseze în spațiul poros al rezervorului. Studiile au arătat că apa legată și hidrocarburile solide (bitum, saramură, asfaltene), care conțin protoni cu mobilitate redusă, nu sunt marcate de un semnal de precesiune liberă pe diagramele RMN. Acest lucru se datorează faptului că, datorită prezenței timpului mort τ (vezi Fig. 80), numai acele ERP care sunt caracterizate de un timp T2>30 ms sunt înregistrate în RMN. Valoarea lui U0 este calibrată în unități numite indice de fluid liber (FFI) și care caracterizează volumul porilor (în %) ocupați de lichidul care participă la formarea FSF. În mod convențional, indicele fluidului liber este considerat a corespunde coeficientului efectiv de porozitate

unde kwo este coeficientul de saturație a apei reziduale.

Indicele fluidului liber este definit ca raportul dintre amplitudinea inițială SSP înregistrată pe o probă de rocă ai cărei pori sunt umpluți cu apă dulce și amplitudinea inițială SSP măsurată pe apă distilată care ocupă același volum ca proba de rocă. În consecință, ISF variază de la 0 la 100%. Pentru a stabili scara curbelor RMN în unitățile ISF, echipamentul este standardizat.

Natura dependenței ISF de conținutul de apă liberă nu este afectată de caracteristicile litologice, structurale și de altă natură ale rocii. În consecință, în formațiunile care reprezintă o alternanță a straturilor rezervor și non-rezervor, doar straturile rezervor contribuie la valoarea ISF, iar diferențele rămase, care nu conțin fluid liber, nu creează un semnal de precesiune liberă. Prin urmare, porozitatea efectivă kp.eff, determinată pentru o formațiune eterogenă sau un pachet de straturi, face posibilă determinarea capacității totale a obiectului în cauză. În consecință, produsul kp.eff cu capacitatea obiectului H dă capacitatea efectivă totală a tuturor straturilor rezervor conținute în acesta.

În rezervoarele cu porozitate de rupere incluse în sistemul general de pori, trecerea de la ISF la kp.eff se realizează în același mod ca și pentru rezervoarele granulare. Pentru rezervoarele caracterizate prin prezența cavităților izolate care nu sunt asociate cu sistemul general de pori, o comparație a kp.eff și ISF este invalidă, deoarece volumul total al cavităților izolate nu este inclus în porozitatea efectivă, dar este inclus în ISF. În acest caz, este necesar să se excludă volumul cavităților izolate care sunt luate în considerare de curba ISF, dar nu afectează kp.eff.

Formațiunile omogene care conțin hidrogen, a căror grosime este egală sau mai mare decât lungimea sondei, sunt marcate pe curbele RMN prin maxime simetrice situate în partea de mijloc a formațiunii; limitele straturilor sunt trasate de-a lungul mijlocului liniilor înclinate (Fig. 82). Dacă grosimea formațiunii este mai mică decât lungimea sondei, ISF scade în comparație cu valorile reale, iar maximul se extinde; Determinarea limitelor straturilor subțiri folosind curbele RMN este dificilă. Valorile lor medii sunt considerate valori semnificative (caracteristice) (ISF)k.

Pentru a obține valori adevărate (ISF) și din datele (ISF)k, se introduc corecții pentru influența puțului, turtă de noroi, orientarea spațială a puțului etc. În acest scop, s-au construit palete și nomograme corespunzătoare.

Determinarea naturii saturației rocilor

Această determinare se face folosind timpul de relaxare longitudinală T1. Pentru a măsura T1, dispozitivul este instalat la o adâncime dată în intervale caracterizate de curba ISF ca rezervoare care conțin lichid liber. Timpul de relaxare longitudinală T1 poate fi determinat folosind Utp fără a lua în considerare o serie de factori care influențează amplitudinea SSP - diametrul sondei, grosimea turtei de noroi și orientarea spațială a sondei. Măsurarea T1 se realizează la adâncimea formațiunii studiate în două moduri: într-un câmp puternic - T1c. p şi într-un câmp slab - T1sl.p.

Pentru a determina T1c. n se efectuează o serie de măsurători ale amplitudinilor Utп (în V) pentru diferiți timpi tп (în s) și câmpul magnetic polarizant Нп (în A/m). Una dintre măsurători se efectuează cu un timp suficient de lung tp→∞, asigurând starea de echilibru a vectorului de magnetizare nucleară М∞с.п (în A/m) (vezi Fig. 81, II, a și b). Acest vector corespunde amplitudinii U∞с.п și Т1с. n poate fi calculat:

Timp de relaxare longitudinală într-un câmp slab T1s. n este determinat de durata câmpului de polarizare rezidual Nost. Pentru a face acest lucru, măsurați amplitudinile SSP la un timp de polarizare fix tp, dar la un timp de acțiune tref care se schimbă secvențial și, în consecință, curentul rezidual Iref (vezi Fig. 80, II, c, d).

În practică, pentru a determina T1 din rezultatele măsurătorilor, dependențele directe ale amplitudinilor Utп și Utоst de timpii tп și tоrt nu sunt utilizate. Valorile lui T1 sunt găsite grafic.

Pentru a face acest lucru, valorile așa-numitelor funcții de relaxare longitudinală Fc sunt calculate din rezultatele măsurătorii. p(tp) și Fcl.p(tost), care într-un câmp puternic, respectiv slab, au forma:

unde U(tp) este amplitudinea SSP la timpul de polarizare tp;

unde U(tres) este amplitudinea SSP pe durata curentului rezidual; U(trest→∞) este amplitudinea SSP la tret→∞, nemăsurată direct, dar calculată prin formula U(trest→∞)=U0 (Irest/Ip).

Valorile calculate ale funcției Fc. p(tp) sau Fcl.p(trest) corespund măsurătorilor reale ale tp și tost și sunt utilizate pentru a determina grafic T1. În acest scop, funcțiile calculate sunt trasate pe un formular cu o scară semilogaritmică (Fig. 83).

Într-un mediu omogen saturat cu apă, ai cărui pori au aceleași dimensiuni, funcția de relaxare longitudinală, chiar și în prezența apei legate, este monocomponentă. Pe o scară semilogaritmică, această dependență are forma unei linii drepte cu constante T1 și valori ale funcției de aproximativ 0,37 (Fig. 83, a). În prezența unui amestec de fluide cu diferite Т1, dependența este descrisă sub forma unei curbe care poate fi descompusă în mai multe linii drepte. Folosind aceste drepte, se găsește T1 al fiecărei componente (Fig. 83, b). Tangenta unghiului dreptelor rezultate este egală cu timpul T1.

După cum se poate observa din exemplul prezentat în fig. 83, drepte reprezentând funcțiile Fc. p(tp) sau Fcl.p(tost), sunt transferate paralel cu ei înșiși astfel încât să intersecteze axa ordonatelor într-un punct egal cu unu. Timpul T1, corespunzător ordonatei 0,37, este numărat (în ms) pe axa absciselor. Pentru o estimare aproximativă a T1, este suficient să efectuați măsurători la două valori ale timpului de polarizare. Pentru determinări precise, se fac până la 15 măsurători pentru valorile tp sau tret.

În formațiunile foarte permeabile, cei mai lungi timpi de relaxare (mai mult de 1 s) se observă în formațiunile saturate de apă sau în formațiunile saturate de ulei care conțin ulei ușor. Cu toate acestea, dispersia acestor valori este mare: valoarea T1, pe lângă natura saturației rezervorului, este influențată și de factori precum suprafața specifică a rezervorului, hidrofilitatea sau hidrofobicitatea acestuia, tipul de porozitate, conținutul de argilă. și vâscozitatea fluidului. Când saturația cu ulei și apă a formațiunii diferă, se ține cont de faptul că componentele foarte vâscoase (rășinoase) ale uleiului la temperaturi scăzute sunt caracterizate de semnale de degradare rapidă de precesiune liberă și sunt marcate de citiri scăzute pe diagramele RMN. Conform experienței studierii orizonturilor productive cu apă dulce injectată, timpul T1 al zonei de penetrare pentru rezervoarele acvifere este în intervalul 200-600 ms, iar pentru rezervoarele de petrol și gaze - 700-1000 ms. În plus, formațiunile purtătoare de petrol și gaze, datorită prezenței petrolului sau gazului rezidual în zona de penetrare, sunt caracterizate de două componente în caracteristica de relaxare longitudinală.

Înregistrarea magnetică nucleară este concepută pentru a identifica straturile care conțin fluid mobil, pentru a determina porozitatea acestora și natura saturației. Integrarea rezultatelor RMN cu datele din alte studii de înregistrare a puțurilor face posibilă extinderea și clarificarea posibilităților de evaluare cantitativă a porozității rezervorului, a grosimii efective, a saturației și a conținutului de petrol comercial. Metoda RMN este, de asemenea, utilizată pentru separarea rocilor bituminoase și bituminoase.

Limitările metodei RMN sunt asociate cu imposibilitatea măsurării SSP într-un mediu (soluție de argilă, rocă) cu susceptibilitate magnetică crescută, în roci cu porozitate efectivă scăzută (1,5-2%), inclusiv în rezervoare fracturate, dacă fac parte din fracturile sunt umplute cu solutie de argila . Această metodă nu este aplicabilă uleiurilor foarte vâscoase - mai mult de 600 mPa s, sau dacă există lichid liber în lichidul de spălare - apă sau ulei, care creează SSP suplimentar. Dezavantajele metodei sunt: ​​durata măsurătorilor (viteza de mișcare a dispozitivului RMN este limitată de timpul de polarizare tp>3Т1 și nu trebuie să depășească 250 m/h); adâncime mică de investigare (aproximativ 0,2 m), drept urmare influența zonei de penetrare asupra citirilor RMN este mare. Înregistrarea magnetică nucleară este aplicabilă în studiul secțiunilor puțurilor care nu sunt acoperite cu o carcasă.

Informații conexe.

Studiul secțiunii geologice a puțurilor (secțiunea litologic-geologică a puțului)

Studiul stării tehnice a puțurilor

Control asupra dezvoltării zăcămintelor de petrol și gaze

Efectuarea de operațiuni de foraj și sablare în puțuri

Testarea formațiunilor și prelevarea de probe din pereții puțurilor

8. Interacțiunea razelor gamma cu materia, înregistrarea razelor gamma, probleme de rezolvat

Radioactivitatea este capacitatea unor nuclee atomice de a se descompune spontan cu emisia de raze α, β, γ și uneori alte particule. Razele gamma sunt radiatii electromagnetice cu o lungime de undă scurtă. Lungimea traseului γ - quanta în roci ajunge la zeci de centimetri. Datorită capacității lor mari de penetrare, sunt principalul tip de radiații înregistrate în metoda radioactivității naturale. Energia particulelor este exprimată în electroni volți (eV). Efectul radiațiilor gamma asupra mediului este cuantificat în roentgens. Dintre elementele radioactive naturale, cele mai comune sunt uraniul U238, toriu Th232 și izotopul de potasiu K40. Radioactivitatea rocilor sedimentare, de regulă, este direct legată de conținutul de material argilos. Gresiile, calcarele și dolomitele au o radioactivitate scăzută, anhidritele și cărbunii au cea mai mică radioactivitate. Pentru a măsura intensitatea radiației gamma naturale de-a lungul sondei, se folosește un instrument de foraj care conține un indicator de radiație γ. Contoarele de scintilație cu descărcare de gaze sunt folosite ca indicator. Contoarele cu descărcare în gaze sunt un cilindru în care sunt plasați doi electrozi. Recipientul este umplut cu un amestec gaz inert cu vapori de compus cu greutate moleculară mare sub presiune joasă. Contorul este conectat la o sursă de curent continuu de înaltă tensiune - aproximativ 900 de volți. Funcționarea unui contor de descărcare de gaz se bazează pe faptul că γ-quanta, intrând în el, ionizează moleculele de umplere cu gaz. Acest lucru duce la o descărcare în contor, care va crea un impuls de curent în circuitul său de alimentare. Înregistrare cu raze gamma. Când trec prin materie, razele gamma interacționează cu electronii și nucleele atomice. Aceasta duce la o slăbire a intensității radiației γ. Principalele tipuri de interacțiune ale cuantelor gamma cu materia sunt formarea perechilor electron-pozitron, efectul fotoelectric, efectul Compton (cuantumul γ transferă o parte din energia sa către electron și schimbă direcția de mișcare). Un electron este ejectat dintr-un atom. După mai multe acte de împrăștiere, energia cuantei va scădea până la valoarea la care este absorbită datorită efectului fotoelectric. Efectul fotoelectric se reduce la faptul că un cuantic γ își transferă toată energia unuia dintre electronii învelișului interior și este absorbit, iar electronul este ejectat în afara atomului. Sonda are o influență semnificativă asupra citirilor GGC. Reduce densitatea mediului din jurul sondei și duce la o creștere a citirii GGC proporțional cu diametrul. Pentru a reduce influența sondei, dispozitivele GGS au dispozitive de prindere și ecrane care protejează indicatorul de radiațiile γ dispersate ale fluidului de foraj. Iradierea rocii și percepția radiațiilor γ împrăștiate în acest caz se realizează prin mici găuri din ecrane, numite colimatoare. O trăsătură caracteristică a diagramelor metodei radiației gamma împrăștiate nu este o linie dreaptă, dar feedback cu densitatea, care este determinată de mărimea sondei. Dacă indicatorul ar fi plasat în apropierea sursei, un mediu cu densitate crescută ar fi marcat și de o intensitate mare a radiației γ împrăștiate.

9. Identificarea intervalelor de perforare prin amplasarea cuplajelor

Metoda de localizare electromagnetică a cuplajelor este utilizată:

pentru a stabili poziția articulațiilor sculelor țevilor de foraj blocate;

determinarea pozițiilor conexiunilor de cuplare a carcasei;

legarea precisă a citirilor altor instrumente de poziția cuplajelor;

referire reciprocă a citirilor de la mai multe instrumente;

clarificarea adâncimii de coborâre a conductelor de pompare și compresor;

determinarea fundului curent al puțului;

în condiții favorabile - pentru a determina intervalul de perforare și a identifica locurile de încălcare (rupturi, fisuri) ale coloanelor de carcasă.

Baza fizică a metodei: Metoda de localizare electromagnetică a cuplajelor (LM) se bazează pe înregistrarea modificărilor conductivității magnetice a metalului țevilor de foraj, carcasei și tuburilor din cauza unei încălcări a continuității acestora.

Echipament: Detectorul (senzorul) locatorului ambreiajului este un sistem magnetic diferențial, care constă dintr-o bobină multistrat cu un miez și două magneți permanenți, creând un câmp magnetic constant în bobină și în jurul acesteia. Când locatorul se deplasează de-a lungul coloanei în locurile în care continuitatea conductelor este întreruptă, are loc o redistribuire flux magneticși inducerea EMF în bobina de măsurare.

Localizatorul activ de ambreiaj conține două bobine, fiecare dintre ele având o înfășurare excitantă și de primire. Sub influența unui câmp magnetic alternant generat prin aplicarea unei tensiuni alternative la înfășurările excitante, apare o tensiune alternativă în înfășurările receptoare, care depinde de proprietățile magnetice. mediu. Un parametru informativ este diferența de tensiune între înfășurările receptoare, care depinde de continuitatea mediului.

Biletul 4

10. Complex GIS într-un puț cu o coloană, sarcini de rezolvat

O condiție prealabilă pentru utilizarea cu succes a exploatării forestiere pentru a studia secțiunea geologică a unui puț este selectarea unui complex (program) adecvat de cercetare geofizică. Programul ar trebui să ofere soluții la sarcinile care îi sunt atribuite cu cel mai mic volum posibil de măsurători. Ținând cont de asemănările geologice și specificatii tehnice pentru efectuarea lucrărilor în diferite zone, sunt instalate complexe GIS standard. Complexele tipice includ studii generale, care sunt efectuate de-a lungul întregului sondă și studii legale ale intervalelor promițătoare de petrol și gaze. Într-o fântână cu carcasă cu coloană se efectuează toate tipurile de exploatare, cu excepția micro-logging-ului și BKZ (deoarece sunt utilizate într-o fântână necazată cu coloană, deoarece aceste metode determină grosimea turtei de noroi).

11. Înregistrare cu raze gamma neutronice, fundamente fizice, curbe, probleme de rezolvat

Înregistrarea neutronilor este utilizată în puțurile deschise și cu carcasă și este utilizată pentru a rezolva următoarele probleme:

în scopul împărțirii litologice a secțiunilor;

determinarea poziției curentului de contact gaz-motorină (GOC), intervalele de străpungere a gazului, curgerea transversală, degazarea petrolului în rezervor și evaluarea saturației gazelor;

determinarea poziţiei contactului ulei-apă al OWC în puţuri cu salinitate mare a apelor de formare.

Radiația neutronică are cea mai mare putere de penetrare. Acest lucru se datorează faptului că neutronii, fiind particule neîncărcate, nu interacționează cu învelișurile de electroni ale atomilor și nu sunt respinși de câmpul coulombian al nucleului. La fel ca razele gamma, neutronii sunt caracterizați de energia E, care în acest caz este legată de viteza lor. Există neutroni rapizi cu o energie de 1-15 MeV, intermediari 1 MeV - 10 eV, neutroni lenți sau supratermici 0,1-10 eV și neutroni termici cu o energie medie de 0,025 eV. Interacțiunea neutronilor cu o substanță are loc într-o coliziune elastică cu un nucleu cu pierderea unei părți din energie, adică. în moderarea neutronilor și captarea neutronilor de către nucleu. Principalul tip de interacțiune a neutronilor cu energii de la câțiva MeV la 0,1 eV este împrăștierea elastică. În împrăștierea neutronilor elastici, cantitatea de pierdere de energie din cauza coliziunii este determinată doar de masa nucleului: cu cât masa nucleului este mai mică, cu atât pierderea de energie este mai mare. Naib. Pierderea de energie are loc atunci când un neutron se ciocnește de nucleul unui atom de hidrogen. Unul dintre principalii parametri neutroni ai mediului este lungimea de încetinire L3. Aceasta este distanța medie de la punctul în care un neutron este eliberat până la punctul în care acesta încetinește la energia termică. Neutronii încetiniți continuă să se miște și să se ciocnească cu nucleele elementelor, dar fără a modifica energia medie. Acest proces se numește difuzie. Distanța medie pe care o parcurge un neutron de la punctul de moderare la punctul de captare se numește lungimea difuziei. Lungimea de difuzie este de obicei mult mai mică decât lungimea de întârziere. Rezultatul final al mișcării unui neutron termic este absorbția acestuia de către un nucleu atomic. Când un neutron este captat de un nucleu, energia este eliberată sub forma uneia sau mai multor cuante γ. Există următoarele tipuri de metode cu neutroni: metoda neutronilor gamma NGM, metoda neutronilor folosind neutroni epitermici NMN, metoda neutronilor folosind neutroni termici NMT. Ele diferă unele de altele prin tipul de indicatori utilizați. Metode cu neutroni pulsați. Esența înregistrării de neutroni în impulsuri constă în studiul câmpurilor de neutroni nestaționare și a câmpurilor y create de un generator de neutroni. Generatorul de neutroni funcționează în modul de impuls cu o frecvență de la 10 la 500 Hz. În metodele pulsate, roca este iradiată cu fluxuri de scurtă durată de neutroni rapizi de durata ∆t, urmând unul după altul la intervale de timp t.