Спектральный гамма-метод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Реферат на тему:

"Спектральный гамма-метод"

Самара 2011

Содержание

Введение

Метод естественной радиоактивности (гамма - метод)

Спектрометрия

Список использованных источников

Введение

Геофизические исследования скважин (ГИС) являются областью прикладной геофизики, в которой современные физические методы исследования вещества используются для геологического изучения разрезов, пройденных скважинами, выявления и оценки запасов полезных ископаемых, получения информации о ходе разработки месторождений и о техническом состоянии скважин.

Геофизические методы, используемые для изучения геологических разрезов скважин, в зависимости от физических свойств пород, на которых они основываются, делятся на электрические, радиоактивные, термические, акустические, геохимические, механические, магнитные и др.

Сущность любого геофизического метода состоит в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризующейся одним или совокупностью физических свойств горных пород, пересеченных скважиной. Физические свойства пород связаны с их геологической характеристикой, и это позволяет по результатам геофизических судить о пройденных скважиной породах. Геофизические исследования в скважинах выполняют с помощью специальных установок, называемых промыслово - геофизическими(каротажными) станциями.

Метод естественной радиоактивности (гамма - метод)

Во всех горных породах в небольших количествах присутствуют радиоактивные элементы. Содержание радиоактивных элементов в различных горных породах, а следовательно, и интенсивность испускаемых ими ядерных излучений различны. Поэтому, регистрируя их, можно судить о типе горных пород, пройденных скважиной. Метод исследования геологического разреза скважин, основанный на регистрации излучений, испускаемых естественно радиоактивными элементами горных пород, носит название метода естественной радиоактивности. Поскольку обычно альфа- и бета-лучи, имеющие малый пробег в веществе полностью поглощаются буровым раствором и корпусом скважинного снаряда, а индикатора достигают лишь гамма-лучи, этот метод называют также гамма-методом и сокращенно обозначают ГМ.

При исследовании гамма-методом в скважину опускают прибор, который содержит детектор гамма-излучения и электронную схему (рис. 1)

служащую для питания индикатора, усиления его сигналов и передачи их через кабель на поверхность. Часто используют многоканальные приборы, регистрирующие одновременно диаграммы гамма-метода и нейтронного гамма-метода. Точка записи ГМ совпадает с серединой детектора.

Радиоактивность горных пород обусловлена в основном присутствием в них урана, тория, радиоактивных продуктов их распада и, наконец, калия, один из изотопов которого 40К так же радиоактивен.

Рис. 1 - Схема зондов радиометрии скважин: 1 - детекторы гамма-излучения (Г), тепловых (Т) и надтепловых (Я) нейтронов, источники: 2 - гамма-излучения; 3 - быстрых нейтронов; 4 - вещество, хорошо поглощающее гамма-кванты (Pb, Fe и т. п.); 5 - водородсодержащее вещество, рассеивающее и поглощающее нейтроны (парафин, полиэтилен и т. п.); УТ - ускорительная трубка генератора нейтронов; ВБ - высоковольтный блок; ЭС - электронная схема прибора

При разработке ряда нефтяных и газовых месторождений обнаружено резкое повышение радиоактивности некоторых продуктивных пластов при их обводнении. Этот эффект, названный радиогеохимическим, широко используется при контроле разработки месторождений.

Если не считать урановых и ториевых руд, наибольшей гамма-активностью обладают кислые изверженные породы, например граниты, а также глины. По интенсивности гамма-излучения 1 г этих пород эквивалентен (4- 6) * 10-12 г226Ra. Наименее активны (менее 10-12 г Ra) ультраосновные породы, а среди осадочных пород - чистые разности известняков, песчаников, большинства каменных углей и особенно гидрохимических пород (кроме калийных солей). В осадочных породах, как правило, радиоактивность тем больше, чем выше содержание глинистой фракции. Это позволяет по кривым Iу различать глины, глинистые и чистые разности известняков, песчаников и т. п.

Повышенная радиоактивность глинистых пород объясняется тем, что благодаря большой удельной поверхности они в процессе осадконакопления сорбируют большее количество соединений урана и тория, чем неглинистые породы. Имеет значение и калий, входящий в состав некоторых глинистых минералов.

Диаграммы ГМ используют также для выделения в разрезе скважин урановых и ториевых руд, калийных солей, а также других полезных ископаемых, обладающих повышенной радиоактивностью (фосфориты, иногда марганцевые руды и др.). На рис. 2 показана типичная кривая, полученная гамма-методом в разрезе осадочных пород.

Кроме радиоактивности горных пород, на показания гамма-метода оказывают влияние: а) поглощение гамма-излучения в скважине, зависящее от диаметра скважины, плотности бурового раствора, наличия и толщины обсадной колонны и цементного кольца; б) радиоактивность среды, заполняющей ствол скважины. Показания ГМ растут при увеличении диаметра скважины, если радиоактивность горных пород меньше радиоактивности среды, заполняющей скважину. При обратном соотношении радиоактивностей горной породы и скважинной среды показания ГМ уменьшаются с ростом диаметра скважины. Обсадная колонна всегда уменьшает показания ГМ При строгом учете влияния перечисленных факторов по результатам ГМ можно количественно определить общую массовую радиоактивность пород.

Рис. 2 - Схематические диаграммы, полученные ядерными методами в разрезе осадочных пород: 1 - каменная соль; 2 - калийная соль; 4 - размытый пласт с глубокой каверной; 5 - гипс; 6 -ангидрит; 7 - известняк низкопористый; 8 - известняк высокопористый; песчаник (песок);9 - газоносный; 10 - нефтеносный; 11-водоносный; 12-метаморфизованная порода

На показания любого ядерного метода основное влияние оказывает относительно небольшая часть окружающей среды, удаленная от зонда не более чем на несколько десятков сантиметров. Влияние остальной более удаленной части среды составляет не более нескольких процентов. Радиус сферы, из которого приходит 98-95% регистрируемого излучения, называется радиусом зоны исследования ГМ. Считается, что радиус исследования ГМ составляет примерно 30 см.

Показания ГМ зависят не только от интенсивности излучения, но и от индивидуальных особенностей прибора (тип счетчика, его размер, толщина корпуса, режим питания и т. п.). В зависимости от небольших изменений этих факторов чувствительность может меняться в заметных пределах даже для серийных приборов одного и того же типа. Для исключения влияния этих факторов осуществляют эталонирование аппаратуры: в результате специальных измерений устанавливают график или коэффициенты перехода от величины отклонения пишущего устройства (или от числа импульсов в единицу времени) к истинной интенсивности гамма-излучения, выраженной в дозовых единицах в А/кг или мкР/ч).

Спектрометрия

Применяя специальные приборы - спектрометры гамма-излучения, можно регистрировать вдоль скважины диаграмму изменения интенсивности гамма-квантов с заданной энергией. Спектр гамма-излучения радиационного захвата представляет собой зависимость скорости счета от энергии N= ѓ(E) и показывает распределение интенсивности гамма-излучения по энергиям. Спектр имеет характерные максимумы, соответствующие определенным радиоактивным изотопам. Наличие отдельных максимумов и их интенсивность характеризует присутствие в породе соответствующих радиоактивных элементов.

Спектрометрия естественного гамма-излучения (ГМ-С) заключается в регистрации спектров гамма-излучения горных пород трех или многоканальном (256 или 1024 канала) спектрометре. По данным ГМ-С количественно определяют содержание калия К, тория Th и урана U (с продуктами распада).

Статическую амплитуду Ji показаний спектрометра количественно описывает интерпретационная модель метода. Вклад j-го излучателя в показания i-го канала аппаратуры характеризуется произведением содержания этого излучателя (j), чувствительности аппаратуры к единице содержания этого излучателя (Сi) и относительного вклада в результирующую скорость счета излучения j-ro излучателя из k-ой зоны системы «скважина-пласт». Показания аппаратуры являются суммой относительных вкладов всех излучателей всех зон системы «скважина-пласт». Чувствительности аппаратуры к содержаниям отдельных ЕРЭ в различных зонах системы «скважина-пласт» определяют в специальных моделях пласта, содержащих определенный радиоактивных элемент с и без имитации промежуточной зоны и уточняют в полевых калибровочных устройствах перед проведением измерений. Результаты интерпретации представляют в виде трех кривых, характеризующих изменение по разрезу скважины содержаний в породе урана, тория, калия(K40)

C помощью ГМ-С разделяют аномалии гамма - активности, обусловленные глинистостью, полевошпатовостью, повышенным содержанием урана (радия); выделяют доломитизированные разности среди известняков, и зоны трещинноватости, унаследованные зонами вторичной доломитизации, оценивают минералогическую гранулометрическую глинистость, определяют минеральный состав глинистых пород и содержания в породе разбухающих глинистых минералов (по соотношению отдельных радионуклидов); оценивают ресурсы органогенного углерода в битуминозных глинистых нефтематеринских толщах (по содержанию урана), выделяют зоны трещинноватости в этих толщах; выявляют радиогеохимические аномалии, и осуществляют контроль радиоактивного загрязнения обсадных колонн, бурового и эксплуатационного оборудования.

На рис. 3. показана радиогеохимическая аномалия в обводняющемся коллекторе, обнаруживаемая по отношениям урана к валию (U/K) и урана к торию (U/Th), зарегистрированная в обсаженной скважине одного из месторождений Западной Сибири (измерения выполнены трехканальной аппаратурой «Спектр»). Характер кривой U/Th свидетельствует также о фильтрационной неоднородности данного коллектора.

Рис. 3 - Радиогеохимическая аномалия в обводняющемся коллекторе, выявленная по данным ГМ-С [по Д.А. Кожевникову]

скважина естественный радиоактивность метод

Метод используется в рудной геологии для разделения урановых и ториевых руд, а также для обнаружения полезных ископаемых характеризующихся повышенной радиоактивностью непосредственно или определенным соотношением ЕРЭ во вмещающих толщах (фосфориты, бокситы, алмазы).

Список использованных источников

1. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А., Африкян А.Н. "Промысловая геофизика" Уч. для вузов. Под ред. д.г.-м.н. В.М. Добрынина, к.т.н. Н.Е. Лазуткиной - М.: ФГУП Изд - во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004 г. - 400с.

2. М.Г. Латышова, В.Г. Мартынов, Т.Ф. Соколова. Практическое руководство по интерпретации данных ГИС. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. Уч. пособие для вузов - М.000 "Недра - Бизнесцентр", 2007. - 327с.

3. Стрельченко В.В. Геофизические исследования скважин. Учебник для вузов.- М.000"Недра - Бизнесцентр", 2008. - 551с.

4. Ежова А.В. Геологическая интерпретация геофизических данных. Уч. пособие.- Томск, Изд-во ТПУ, 2004 г. - 591с.

5. Богословский В.Г. Геофизика. Учебник для вузов. /Под ред. д. г.-м. н. В.К. Хмелевского; Моск. Гос. Ун-т. - М.: КДУ, 2007 г. - 320с.

Размещено на Allbest.ru