Реферат: Гамма – каротаж. Физические основы метода

-) полевые шпаты

-) калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

В гамма – методе исследования скважин о величине естественной радиоактивности горных пород судят по интенсивности I _g их естественного g-излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.

Гамма – излучение включает также и так называемое фоновое излучение (фон) . Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

2. Гамма – каротаж.

Измерение интенсивности I _g естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма – каротажем (ГК) .

Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма – каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение d_с из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g-излучения, уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.

Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора g-излучения, расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма – излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

2.1 Счетчик Гейгера – Мюллера.

В этом счетчике один из электродов (анод) под напряжением 800 – 1000 В помещен в камеру, заполненную ионизирующим газом под низким давлением (» 0.01 ат). Часть гамма – квантов, проходя через камеру, не взаимодействует на своем пути с молекулами газа, что снижает эффективность счетчика. Другие гамма – кванты вызывают ионизацию нескольких молекул газа.

Каждый зарегистрированный счетчиком гамма – квант вызывает в цепи питания счетчика импульс тока.

2.2 Сцентилляционный счетчик.

Индикатором гамма – излучения является прозрачный кристалл, молекулы которого обладают свойством сцентилляции – испускания фотонов света при воздействии гамма – квантов. Фотоны отмечаются фотоумножителем и вызывают поток электронов к аноду (ток).

Большим преимуществом сцентиллятора является высокая эфективность счета (регистрируется до 50 – 60% гамма – квантов, проходящих через кристалл) по сравнению с другими типами счетчиков, эффективность которых 1 – 5%. Это позволяет уменьшить длину счетчиков с 90 до 10 см, улучшить вертикальное расчленение и обеспечить малую статическую флуктуацию.

2.4 Статистические флуктуации.

Радиоактивный распад непостоянен во времени, поэтому для получения стабильных значений радиоактивности берется значение показаний за достаточно продолжительный промежуток времени. Так как этот период не может быть весьма большим, то измеренная радиоактивность не является постоянной даже в том случае, если глубинный прибор находится в скважине без движения. Наблюдаемые изменения радиоактивности в этом случае называются ее статистическими флуктуациями.

Статистическая флуктуация на диаграмме не должна превышать несколько сантиметров, в противном случае из-за искажения диаграммы не могут быть коррелируемыми. Регулировка амплитуды флуктуации осуществляется подбором постоянной времени интегрирующей ячейки.

2.5 Постоянная времени интегрирующей ячейки.

Регулируемые элементы интегрирующей ячейки позволяют изменить ее постоянную времени от 1 до 6 сек. Выбор того или иного значения постоянной времени, с которой будут проводиться исследования в скважине, исходит из двух противоречивых положений : большая длительность постоянной времени уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставание в записи регистрируемой величины и требует снижения скорости замера для уменьшения искажения кривой.

3. Кривые гамма - каротажа.

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность g-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма – каротажной кривой.

Конфигурация получаемой кривой изменения величины I _g зависит от целого ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза, конструкции скважины и методики производства измерений (радиоактивность горных пород, пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметра скважины и наличия обсадной колонны).

Точное аналитическое рассмотрение влияния на величину I _g всей совокупности этих факторов представляет собой весьма сложную задачу, до настоящего времени полностью не решенную. Однако влияние каждого из этих факторов в отдельности изучено достаточно подробно.

Благодаря статистическим флуктуациям кривая радиоактивного каротажа имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов (погрешности измерений). Погрешность, связанная с флуктуацией, тем больше, чем меньше импульсов, испускаемых в еденицу времени (скорость счета). В общем случае интенсивность g-излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна g-активности пород. Однако при одинаковой g-активности породы с большей плотностью отмечается меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения g-лучей. Показания гамма – каротажа являются функцией не только радиоактивности и плотности пород, но и условий измерений в скважине (диаметр скважины, плотность промывочной жидкости и др.).

Влияние скважины на показания ГК проявляется в повфшении интенсивности g-излучения за счет естественной радиоактивности колонн, промывочной жидкости и цемента и в ослаблении g-излучения горных пород вследствие поглощения g-лучей колонной, промывочной жидкостью и цементом. В связи с преобладающим значением второго процесса влияние скважины сказываются главным образом в поглощении g-лучей горных пород. Это приводит к тому, что при выходе глубинного скважинного снаряда из жидкости наблюдается увеличение g-излучения. Пи переходе его из необсаженной части скважины в обсаженную отмечается снижение интенсивности естественных g-излучений, что вызывает смещение кривых и уменьшение дифференцированности диаграммы. Такое же явление наблюдается при переходе глубинного прибора из одноколонной части скважины в двухколонную.

4. Количественная оценка радиоактивности горных пород.

Конечной целью геофизической интерпретации данных гамма – метода является количественная оценка содержания в горных породах радиоактивных элементов.

В принципе оценка по кривым гамма – метода содержания в исследуемых породах радиоактивных элементов q_п может быть решена на базе использования одного из двух следующих соотношений :

q = S/K _g H ; q = I ^¥ _g /K _g

где

S – площадь аномалии на кривой I _g против исследуемого пласта;

I ^¥ _g - интенсивность g-излучения, регистрируемая против исследуемого пласта при условии его бесконечно большой мощности;

H – мощность пласта;

К _g - так называемая g-постоянная прибора, численно равная интенсивности g-излучения, которая фиксируется используемым радиометром против пласта бесконечной мощности с единичным содержанием радиоактивных элементов.

Таким образом, в обоих случаях задача сводится к определению постоянной К _g радиометра, которым получена кривая I _g , т.е. практически к проблеме эталонирования радиометрической аппаратуры.