Метод радиоактивных изотопов
(меченых атомов)
Метод радиоактивных изотопов основан на том, что в буровой раствор вводят некоторое количество радиоактивного изотопа и продвижение такого меченного раствора прослеживают путем измерения гамма-излучения по стволу скважины. Наибольший интерес при изучении геологического разреза представляет обнаружение проницаемых горных пород (коллекторов) по повышению их радиоактивности в результате проникновения в них активированного бурового раствора или его фильтрата. Такие исследования проводят как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах, например, для определения зон поглощения в нагнетательных скважинах. Другое применение метода — разделение водо- и нефтенасыщенных пород путем закачки активированного раствора, преимущественно проникающего либо в водоносные (например, раствор на водной основе), либо в нефтеносные пласты (раствор на нефтяной основе). Наконец, довольно широко этот метод используют при изучении технического состояния скважин (см. гл. VIII).
Работы с радиоактивными изотопами проводят в следующей последовательности: а) исследуют разрез скважины гамма-методом («фоновый» замер); б) вводят радиоактивный изотоп в буровой раствор, заполняющий ствол скважины; в) выжидают время, необходимое для проникновения меченного раствора в пласты, пройденные скважиной (во многих случаях, особенно при малой плотности раствора, осуществляют искусственное «продавливание» раствора; после этого ствол скважины промывают для удаления остатков радиоактивного вещества); г) повторяют измерения гамма-методом; д) сопоставляя два замера ГМ, обнаруживают интервалы, радиоактивность которых существенно изменилась между двумя замерами.
Для активирования раствора применяют радиоактивные вещества, хорошо растворимые в буровом растворе. Иногда используют взвеси порошкообразных веществ, обогащенных радиоактивным изотопом. Чтобы уменьшить срок радиоактивного заражения скважины, период полураспада изотопа следует брать небольшим. Наиболее широко в СССР применяются изотопы 59Fe (Т=45 дней), 131I (8 дней) и 95Zr (65 дней). Активность раствора обычно порядка 108 Бк на 1 м3 раствора.
Для обеспечения безопасности работ вводить радиоактивный препарат в раствор следует в стволе скважины. Лучше всего вводить изотопы с помощью специальных инжекторов — глубинных приборов, в которых размещены камеры для отдельных порций радиоактивного вещества и устройство, позволяющее вводить это вещество в раствор на любой заданной глубине.
Помехами при применении метода радиоактивных изотопов является сорбция радиоактивных соединений непроницаемыми породами, особенно глинами, а в обсаженных скважинах — обсадной колонной. Благодаря этому наблюдается некоторое повышение показаний ГМ почти по всему стволу скважины. Кроме того, возможны ложные аномалии на забое (вследствие скопления активных осадков) и на верхней границе нефти или эмульсии в стволе скважины (из-за сорбции нефтью радиоактивного изотопа и других причин).
Поскольку при работе методом изотопов происходит радиоактивное загрязнение скважинного прибора из-за сорбции радиоактивного вещества его корпусом, такие приборы не следует применять при обычном ГМ.
Работы с использованием открытых радиоактивных изотопов относятся к числу весьма опасных и требуют исключительно тщательного соблюдения установленных мер техники безопасности. Указанные недостатки метода изотопов стимулируют разработку способов решения тех же задач с применением растворов, меченных нерадиоактивными веществами, к которым чувствителен тот или иной метод исследования скважин. Среди них важное место занимают вещества с высоким сечением поглощения нейтронов и частично вещества, хорошо активирующиеся нейтронами. Пути движения таких растворов определяют с помощью соответственно импульсных нейтронных методов и метода наведенной активности.
Совокупность таких методов, применяющих меченные вещества (включая и метод изотопов), называют методом индикаторных веществ.
Ядерно-магнитные методы
Применение ядерно-магнитных методов (ЯММ) основано на наличии магнитных и механических моментов у ядер атомов.
При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных ядер хаотически направлены во все стороны и их суммарный магнитный момент равен нулю. Если ядро поместить во внешнее постоянное магнитное поле , то магнитные силы будут стремиться ориентировать магнитный момент ядра по направлению внешнего поля. Однако подобно вращающемуся волчку в поле тяготения Земли полного совпадения магнитного момента μ отдельного ядра с направлением не произойдет. Вектор магнитного момента подобно оси волчка будет прецессировать вокруг направления поля т. е., непрерывно двигаясь, описывать коническую поверхность с осью, совпадающей с направлением . Круговая частота прецессионного вращения зависит от магнитного момента ядра и напряженности магнитного поля. Для протона (ядра водорода) в магнитном поле земли частота прецессии близка к 2000 Гц.
Наблюдение относительно слабой ядерной намагниченности среды на фоне более сильного атомного диамагнетизма облегчается механизмом свободной прецессии ядер. Чтобы наблюдать свободную прецессию, создают неравновесное состояние ядер. В применяемом варианте метода этого добиваются приложением сильного поляризующего поля, направленного под углом к направлению поля Земли . Этим достигается значительное увеличение ядерной намагниченности и поворот ее направления по отношению к магнитному полю Земли. После выключения поляризующего поля среда остается в неравновесном состоянии — вектор намагниченности имеет гораздо большую величину, чем в состоянии равновесия с полем Земли , и повернут относительно направления последнего. В результате начинается свободная прецессия вектора намагниченности вокруг направления .
Рис. 46. Схема получения свободной прецессии ядер в магнитном поле Земли .
А - поляризация дополнительным полем ; б - свободная прецессия вектора намагниченности после выключения поля; К - поляризующе-приемная катушка
Таким образом, при ЯММ принят следующий способ наблюдения свободной прецессии ядер. Пропуская ток через катушку, ось которой направлена под углом к магнитному полю Земли, создают поперечное магнитное поле , поляризующее горную породу, т. е. изменяющее направление и величину ее ядерной намагниченности (рис. 46). Величина должна быть во много раз больше поля Земли Н0, поэтому результирующая намагниченность практически совпадает с направлением поля .
Через некоторое время поляризации tп поляризующее поле выключается настолько быстро, чтобы за время выключения вектор не успел заметно изменить свое направление.
После этого вектор намагниченности , прецессируя вокруг (см. рис. 46), постепенно возвращается в первоначальное положение ; его поперечная составляющая уменьшается по закону
(II.13)
где M1,0 - начальное значение к моменту выключения поля; T — время поперечной релаксации, показывающее скорость затухания свободной прецессии ядер.
При прецессии ее поперечная составляющая , вращаясь вокруг оси , пересекает витки катушки в разных направлениях и наводит в последней переменную ЭДС с частотой 2000 Гц. Амплитуда колебаний этой ЭДС уменьшается во времени по тому же экспоненциальному закону , что и . (здесь U0 - амплитуда ЭДС в момент выключения поляризующего поля).
Значение U0 — основная величина, определяемая при ЯММ. При методике, основанной на принципе свободной прецессии, регистрируется сигнал от ядер водорода. Ядра других элементов (фтор, алюминий, углерод-13 и др.), обладающие ядерным: магнитным моментом, создают более слабый и быстро затухающий сигнал, который практически не регистрируется прибором.
Таким образом, величина U0 пропорциональна концентрации ядер водорода в горной породе. Причем несущественно, входит ли водород в состав воды или нефти. В связи с этим: метод ядерного магнитного резонанса используют для определения количества водорода в горных породах. Преимущество-метода заключается в том, что водород в составе воды, химически связанной или прочно адсорбированной на поверхности зерен породы, не дает вклада в измеряемую ЭДС, ибо создает очень быстро затухающий сигнал. Таким образом, определяемое ядерным магнитным методом количество водорода позволяет установить количество несвязанной (свободной) воды или нефти в породе. Это количество соответствует величине эффективной пористости пород, представляющей важнейший параметр коллекторов. Другими методами, кроме метода ядерного, резонанса, этот параметр прямо не определяется.
Величину U0, измеряемую таким образом при ЯММ, принято выражать в условных единицах, называемых индексом-свободного флюида (ИСФ). Сто таких единиц соответствуют сигналу в воде. Величина ЭДС, соответствующая этой единице, определяется в результате эталонного замера в воде. Показания метода в единицах ИСФ после внесения поправок (за влияние диаметра скважины, глинистой корки и т. п.) соответствуют эффективной пористости kп эф коллекторов. Точку записи ЯММ относят к середине катушки зонда.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|