Сделай Сам Свою Работу на 5

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.