Лабораторная работа 5
ТЕМА. Радиоактивные методы и акустический каротаж
5.1. Общие сведения о радиоактивности
Каждая горная порода содержит то или иное количество радиоактивных элементов и их изотопов. Как правило, содержание в породе радиоактивных элементов тем больше, чем больше в них глинистого материала. Это обуславливается тем, что благодаря меньшим размерам, а следовательно, большей удельной поверхности, частицы глины адсорбируют значительное количество урана, тория, радия; кроме того в них больше, чем в других осадочных породах содержится радиоактивного изотопа калия-40. Метод, основанный на измерении естественной радиоактивности горных пород, называется гамма каротажем (ГК).
5.2. Общие сведения о гамма-каротаже
При гамма - каротаже (ГК) изучают естественную радиоактивность горных пород по данным измерений интенсивности естественного гамма - излучения вдоль ствола скважины. Из осадочных пород наибольшей радиоактивностью обладают глины. Содержание радиоактивных элементов в глинах достигает 30 мкг Ra-экв на 1 т и больше, причем более радиоактивны тонкодисперсные темноокрашенные битуминозные глины морского происхождения.
Радиоактивность песков, песчаников, известняков, доломитов меньше, чем глин, и не превышает 8 мкг Ra-экв на 1 т. Для этих пород установлена достаточно тесная прямая зависимость радиоактивности от содержания глинистого материала в породе, используемая на практике при оценке глинистости пород-коллекторов поданным гамма - каротажа. Наименьшую радиоактивность, измеряемую долями единицы микрограмма Ra-экв/т, имеют породы гидрохимического комплекса: гипсы, ангидриты, каменная соль, за исключением калийной соли. Высокая радиоактивность калийных солей (до 45 мкг Ra-экв на 1 т) связана с изотопом 40К, содержание которого в природной смеси изотопов калия составляет 0,012 %.
Радиоактивность породы оценивают по интенсивности Jγ естественного гамма-излучения, возникающего при распаде радиоактивных элементов. Для измерения интенсивности естественного гамма-излучения в скважину опускают детектор гамма-излучения (разрядный или сцинтиляционный счетчик) и электронную схему, размещенные внутри металлического кожуха (рис. 1). Под действием гамма-квант-излучения пород в счетчике возникают электрические импульсы, которые усиливаются и по кабелю передаются на поверхность. Пример кривой ГК приведён на рисунке 2.
5.3. Общие сведения о гамма-гамма каротаже
В гамма-гамма-каротаже (ГГК) регистрируют гамма-излучение, создаваемое источником, расположенным в скважинном приборе на некотором заданном расстоянии от детектора (см. рис. 2). Это расстояние называют длиной зонда ГГК.
Измеряемая интенсивность Jγγизм, складывается из гамма-излучения источника Jγγ, рассеянного окружающей средой, естественного гамма-излучения среды Jγ, и прямого, т. е. не испытавшего рассеяния в среде гамма-излучения источника JФ. Для более четкого выявления эффекта взаимодействия гамма-излучения с породами, положенного в основу метода ГГК, необходимо в наибольшей степени уменьшить влияние составляющих Jγ и JФ на измеряемую интенсивность Jγγизм.
Влияние естественного гамма-излучения снижают, увеличивая мощность источника в скважинном приборе. Для ослабления прямого гамма-излучения источника между источником и детектором устанавливается экран. В результате кривая изменения Jγγизм, полученная при измерениях в скважине, оказывается близкой к кривой изменения по скважине интенсивности рассеянного гамма-излучения.
Рис. 1. Схемы измерительных установок радиоактивных методов исследования скважин
γ — детектор гамма-излучения; п — детектор нейтронов; Г — источник гамма-излучения; N — источник нейтронов; L — длина зонда. 1 — стальной экран; 2 — свинцовый экран; 3— парафин (или другой материал с высоким водородосодержанием); 4 — точка записи результатов измерений
Рис.
2. Характеристика
горних пород по диаграммам радиоактивных
методов
исследования скважин
Кривые I - ГК, II - ГГК, III - НГК, IV - ННКТ, V - ННКН. 1 - глины; 2 - пески и песчаники; 3 — известняки плотные; 4— известняки пористые и кавернозные; 5 — гипс; 6— калийная соль; 7— каменная соль; 8— ангидрит
Осадочные породы состоят в основном из легких элементов. Электронная плотность вещества из легких элементов пропорциональна его объемной плотности δ. Таким образом, регистрируемая интенсивность рассеянного гамма-излучения изменяется в зависимости от плотности среды, окружающей скважинный прибор. С увеличением плотности регистрируемая интенсивность гамма-излучения уменьшается, с уменьшением плотности — растет. Следовательно, пластам, сложенным плотными породами, будут соответствовать минимумы, а пластам, сложенным породами малой плотности,— максимумы на диаграмме ГГК (в единицах интенсивности). Пример кривой ГГК приведён на рис. 2.