Nukleare metoder til geofysisk forskning af brønde

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 16. januar 2014; checks kræver 20 redigeringer .

Nukleare metoder til geofysisk forskning af brønde  er en af ​​de mest effektive metoder til at bestemme en række parametre, der er svære at måle ved hjælp af elektriske logningsmetoder (naturlig radioaktivitet, bulkdensitet, brintindhold, grundstofsammensætning, askeindhold i kul).

Derudover kan nukleare metoder bruges ikke kun i en åben (ikke foret med rør) brøndboring , men også i en lukket, når mange elektriske metoder er fundamentalt uanvendelige.

Metoders historie og baggrund

Der er enorme mængder af naturligt forekommende radioaktive grundstoffer i jordskorpen , især i sure og sedimentære bjergarter . Disse grundstoffer kan selv være mineraler ( radium , kaliumsalte indeholdende K-40 ), eller de kan være tegn på andre mineraler (der er radioaktive urenheder i kul, og radium findes sjældent i naturen adskilt fra uran , derfor tjener det som et tegn dets tilstedeværelse i søgningen efter uranforekomster).

Nukleare metoder bruger af indlysende årsager ikke alle typer nukleare reaktioner. For eksempel kan alfa-logning i en brønd grundlæggende ikke eksistere, da alfapartikler har en ekstrem lav gennemtrængningsevne (fri vej i luft er ca. 10 cm , i et ark folie  - mindre end en mikron ). Beta-logning er også praktisk talt uanvendelig, da beta-partikler også har lav penetreringskraft. På grund af dette er reaktioner, der kun er forbundet med neutroner og gammakvanter , som har en enorm gennemtrængende kraft, blevet virkelig udbredt . De mest almindelige metoder er: GK, GGK, NGK, NNK, INNK og deres varianter, men andre findes og kan bruges. Blandt dem kan du finde sådanne typer logning: NAK (neutronaktivering), GNK (gamma-neutron), røntgenradiometri og andre.

Nuklear logning, som enhver anden logning, afhænger af hastigheden af ​​den geofysiske sondes nedstigning og opstigning. Hvis sonden har en for høj bevægelseshastighed, har den måske simpelthen ikke tid til at måle skiftende parametre, og for nukleare metoder gælder det især, da mange nukleare reaktioner tager timer. Desuden har separate målinger også fundet deres anvendelse, når den anden måling udføres i den samme brønd, med den samme anordning ved samme hastighed, men efter ret lang tid, indtil alle nukleare reaktioner, der påbegyndes under jorden, er afsluttet.

Gamma-metoder

Disse metoder kan registrere både naturlig stenradioaktivitet og kunstig radioaktivitet skabt i brønden før måling.

GK (gammastråle)

For at registrere naturlig gammastråling anvendes en metode kaldet GK (gammalogging). Essensen af ​​metoden er som følger: en sonde sænkes ned i borehullet på et geofysisk kabel, som kun består af en gammastrålingsdetektor . Detektoren omdanner de gammakvanter, der er faldet ned i den, til et elektrisk signal, og signalet sendes via kabel til overfladen, hvor det analyseres. Jo flere gamma-kvanter, jo flere aflæsninger, det vil sige, at afhængigheden er direkte proportional. De højeste målinger er derfor observeret i gamma-radioaktive bjergarter.

GC-metoden kan også bruges både i et lukket hul (en brønd foret med foringsrør) og i et åbent hul (en boret brønd, men uden rør endnu). Dette er muligt på grund af gammastrålernes høje gennemtrængende kraft.

Detektoren er hovedelementet i sonden, oftest lavet på basis af PMT . Andre designs er mindre almindelige.

I princippet kan følgende opgaver løses ved hjælp af GC:

Men ud fra alt det ovenstående er GK primært en vurdering af lerindhold. Det er ler for HA, der er en pålidelig referencehorisont.

GGK (gamma-gamma-logning)

Denne metode måler den kunstige radioaktivitet (gammastråling) af sten omkring brønden.

Essensen af ​​metoden afspejles i dens navn: Bogstaverne " GG " betyder, at klippen først bestråles med gammastråling, og som svar registreres kun gammastråling også, selvom andre typer stråling også er til stede. Respons gammastråling gør det muligt mere effektivt at måle stenparametre end dens naturlige stråling, som kunne have været fraværende uden kunstig bestråling.

Indledningsvis sænkes en geofysisk sonde ned i brøndboringen. I brøndsektionen af ​​interesse bestråles bjergarten med gammastråling, og den bliver radioaktiv. Som svar udsender klippen nye gamma-kvanter, som registreres af sonden. Af denne grund omfatter sonden både en gammastrålekilde og en detektor (svarende til den, der anvendes i GC-metoden). Et blyskærm-lag er placeret mellem dem, så kilden ikke forstyrrer detektoren med sin egen stråling. Takket være skærmen registrerer detektoren kun stråling fra klippen og interagerer ikke med kilden.

Gamma-kvanter, der kommer ind i klippen, påvirker den på forskellige måder. Hovedtyperne for geofysik er følgende typer interaktion mellem kvanter og stof:

Der er andre, mindre betydningsfulde typer af interaktion, såsom den nukleare fotoelektriske effekt. Afhængigt af hvilken af ​​dem, der viste hovedpåvirkningen under målinger, skelnes der faktisk mellem to typer HGC:

GGK-P bruges i olie- og gasfelter, da bjergartens tæthed er direkte relateret til dens porøsitet , og gode olie- og gasreservoirer er kendetegnet ved høj porøsitet. GGK-P kan også bruges i kulforekomster, men det skyldes, at kullagen altid har en densitet, der er lavere end de omgivende bjergarter.

GGK-S anvendes i malm- og kulforekomster. Med dens hjælp bestemme for eksempel askeindholdet i kul. Rent kul er sammensat af kulstof, hvis serienummer ( z  er Mendeleev-tallet) i det periodiske system er 6, og ikke-brændbare urenheder i kul består normalt af silica og ler, hvis gennemsnitlige serienummer er 12-13 enheder. Ved henholdsvis malmforekomster bestemmes løbenummeret på det metal, der er indeholdt i malmen.

Neutronmetoder

Naturlig - naturlig - neutronstråling eksisterer ikke. Derfor findes der heller ikke simpel neutronlogning, der ligner gammastrålelogning. Neutrontyper af logning fungerer kun ved hjælp af kunstigt skabt neutronstråling. Af samme grund er disse metoder klassificeret anderledes end gamma-metoder. Derudover afhænger de målte aflæsninger, i modsætning til gammametoder, ikke kun af arten af ​​interaktionen, men også af eksponeringens varighed. Derfor er metoderne opdelt i to store grupper:

Neutroner kan interagere på forskellige måder med det stof, de passerer igennem. Derfor er hver af disse grupper også opdelt efter arten af ​​neutronernes interaktion med den bestrålede sten. De vigtigste typer af interaktion mellem neutroner og stof er som følger:

En geofysisk sonde til neutronlogning inkluderer nødvendigvis en neutronkilde, for eksempel indeholdende spontant henfaldende Cf-252 . Kilden til neutroner kan udover spontant fissile grundstoffer også arbejde på kunstigt skabte reaktioner, da de gør det muligt at opnå neutroner med højere energi. For eksempel kan en neutronflux opnås fra reaktionerne mellem deuterium og tritium eller beryllium med en alfapartikel :

NGK (Neutron Gamma Ray)

Essensen af ​​metoden afspejles i dens navn (bogstaver NG ): klippen bestråles med en konstant neutronflux, og som svar registreres den resulterende gammastråling. Den geofysiske sonde består derfor af en neutronkilde samt en gamma-kvantedetektor, som i GK-metoden.

Hurtige neutroner mister efter talrige kollisioner med atomer af lette grundstoffer noget af deres energi og bremser ned til termiske energier (ca. 0,025 eV). Indikationerne af metoden afhænger af denne grund hovedsageligt af brintindholdet i det undersøgte medium. Denne egenskab tillader detektion af både olie og vand i reservoirer. Derudover giver NGK mulighed for dels at måle saltindholdet i formationsvande, da de indeholder klor, hvilket øger sekundær gammastråling. Metoden er også velegnet til litologisk dissektion af brønden og bestemmelse af lagenes tykkelse.

OGK'ers reaktion på ler skal nævnes. På trods af at ler er et klassisk vandtæt materiale, der praktisk talt ikke slipper vand igennem, indeholder det et stort antal subkapillære porer, der allerede er fyldt med det såkaldte bundne vand , som ikke er i stand til at forlade leret på grund af overfladespænding , hydrogenbindinger og andre faktorer. Af denne grund giver tilsyneladende tørt ler unormalt lave aflæsninger.

Ulempen ved NGK er, at det afhænger af brøndens design. For det første er borevæsken indeholdt i brønden også et brintholdigt mellemled, hvilket bidrager med en væsentlig del af målingerne. Under hensyntagen til brøndens variable diameter og som et resultat af den forskellige tykkelse af "mellemlaget" af borevæsken mellem borehulsvæggen og den geofysiske sonde, er det meget vanskeligt at tage højde for tilstedeværelsen af ​​denne væske. For det andet indeholder den samme borevæske salt, som indeholder klor. Som nævnt ovenfor bidrager klor til en stigning i sekundær gammastråling.

NNK (Neutron-Neutron Logging)

I denne metode bestråles bjergarten med en konstant neutronflux, som reaktion registreres også reaktionsneutronfluxen. Sidstnævnte kan være af to typer: termisk (med relativt lav energi) og supratermisk (med øget energi). Derfor er der to typer NW'er:

Ved udførelse af NNK-T måles den ændrede fluxtæthed af termiske neutroner udsendt fra sonden. Denne tæthed afhænger både af mediets neutronmodererende egenskaber og af de neutronabsorberende egenskaber. Faktisk betyder det, at NNK-T måler brintindholdet i mediet og tilstedeværelsen af ​​absorberende elementer, som har et højt termisk neutronfangst tværsnit. Derfor giver NNK-T de samme resultater som NGK .

NNK-NT består i at måle fluxtætheden af ​​epitermiske neutroner (de har energier fra 0,5 eV til 20 keV). Denne densitet er praktisk talt uafhængig af mediets absorberende egenskaber og kan kun bruges til at bestemme brintindholdet. Dette er den største fordel ved NNK-NT. Et interessant faktum: i nogen tid blev epitermisk neutronlogning anset for teknisk umulig på grund af det faktum, at det er vanskeligt at detektere epitermiske neutroner adskilt fra termiske neutroner, hvis de går i samme strøm. Løsningen på dette problem viste sig at være enkel: I den geofysiske sonde for NW-NT er en detektor placeret ikke for epitermiske neutroner, men for termiske, men den er placeret i en paraffinskal. Da paraffin har et meget højt brintindhold, er det uoverkommeligt for termiske neutroner, hvis de går i samme strøm med epitermiske. Derfor passerer kun epitermiske neutroner fra mediet gennem paraffinskærmen, mens termiske neutroner ikke kan trænge ind i detektoren. I dette tilfælde bremses de transmitterede epitermiske neutroner i paraffin og omdannes til almindelige termiske, som detektoren registrerer. På grund af dette, når man måler fluxen af ​​enklere termiske neutroner, registrerer man faktisk antallet af epitermiske neutroner, da de registrerede termiske neutroner "bare" var epitermiske.

INNK (pulseret neutron-neutron logning)

Pulseret neutron-neutron-logning er fundamentalt forskellig fra resten ved, at klippen ikke bestråles med en kontinuerlig neutronflux, men med korte udbrud - impulser. Som svar er det ikke så meget neutronerne selv fra bjergarten, der registreres, men deres levetid studeres. Ifølge denne indikator er racerne fundamentalt forskellige.

Den gennemsnitlige levetid for epitermiske neutroner afhænger af indholdet af absorbere (f.eks. klor) og brint i bjergarten. Mulige værdier:

Takket være sådan en ret tydelig forskel (i tid) på LPOR-diagrammerne er det muligt ikke kun at skelne et vandreservoir fra et oliereservoir, men det er endda muligt at finde grænsen for en olie-vand-kontakt ( OWC ), hvis der er både vand og olie i reservoiret på samme tid. Ofte er det nødvendigt at lede efter gas-olie-grænsen (GOC), mens NOC ikke er i stand til at skelne mellem disse grænser.

Komplekserende metoder

Af objektive grunde giver ingen geofysikmetode fuldstændige og pålidelige resultater. Derfor er det normalt upraktisk at bruge dem alene; på grund af dette bruges forskellige metoder sammen. Ved at kombinere de opnåede oplysninger med deres hjælp er det muligt at "dechifrere" indholdet af tarmene mere pålideligt.

På det givne afsnit opstår et komplekst geologisk problem - at finde dybden af ​​forekomsten af ​​kullag. Den tilsyneladende resistivitetsmetode ( RS ) er en elektrisk logningsmetode, der ikke tillod at skelne kul fra kalksten i dette afsnit uden at involvere yderligere forskning (begge har omtrent samme modstand, alt andet lige). Men inddragelsen af ​​tætheden GGC giver dig mulighed for straks at identificere kalksten i sektionen. Den simple HA giver også tillid til denne opfattelse, da den reagerer godt på shaliness: der er ingen ler i kullag og kalksten, så HA-aflæsninger mislykkes imod dem. Et skydelærekort ( KM ) vises også til sammenligning . I KM-metoden måles brøndens diameter, som varierer med dens dybde. I modsætning til sprødt kul ødelægges brøndens vægge under boring, så brøndens diameter bliver større, og tæt kalksten bukkede ikke under for den samme ødelæggelse, så CM registrerede ikke dens ødelæggelse.

I dette afsnit blev der fundet et lag af bauxitter , da deres naturlige radioaktivitet er højere end værtsbjergarternes, derfor skiller laget sig ifølge HA ud som et maksimum. CL-metoden slår perfekt af formationen med reduceret modstand, især dens top. SP - metoden ( spontan polarisation ) fremhæver også det polariserbare bauxitlag, og svigt af OGK-aflæsningerne indikerer et højt hydrogenindhold (der er mange aluminiumhydroxider i bauxitter ).

Kombination af metoder giver dig mulighed for betydeligt at udvide funktionaliteten af ​​enhver, selv den enkleste metode. Rollen af ​​en billig gammastrålemetode til at identificere reservoirer øges især, når brønden er fyldt med borevæske . Den elektriske resistivitet af denne løsning er sammenlignelig med resistiviteten af ​​formationsvand. Under disse forhold adskiller PS - metoden dem dårligt, og GC -dataene bliver de vigtigste til at identificere reservoiret.

Se også

Litteratur