Радиоактивные методы исследования скважин

Основаны на изучении радиоактивного излучения пород.

По типу излучения делятся на:

- гамма - методы;

- нейтронные методы.

Достоинство радиоактивных методов исследования скважин: исследование необсаженных и обсаженных скважин, пробуренных на воде, нефти и даже сухих.

Радиоактивность - способность неустойчивых изотопов химических элементов самопроизвольно превращаться в другие, более устойчивые.

Процесс превращения одного изотопа в другой называется радиоактивным распадом. При распаде происходит излучение α, ß- частиц и γ- квантов. Проникающая способность γ-квантов наибольшая, поэтому излучение используют для изучения пород.

Наиболее распространенны два вида взаимодействий γ- квантов с веществом.

1) Фотоэлектрическое поглощение. Наблюдается при малых энергиях (≈0,01-0,5 МэВ). Заключается в том, что при столкновении с атомом γ- квант исчезает, отдав всю свою энергию его электрону, который выбрасывается из атома, а на его место перескакивает электрон с более удалённых от ядра энергетических уровней (рис. 1).

2) Комптоновское рассеяние (Е_γ ≈ 0,5-5 МэВ) заключается в том, что при соударении с атомом γ- квант отдаёт ему только часть своей энергии, изменяет направление движения, затем сталкивается с другим атомом, отдаёт часть своей энергии ему, затем вновь изменяет направление движения и т.д. до тех пор, пока его энергия не иссякнет, и он исчезает.

При каждом соударении γ-кванта с атомом происходит выбрасывание электрона и перескок на его место электронов с более удалённых энергетических уровней (рис. 2).

Метод естественной радиоактивности

Гамма-метод ГМ

Основан на изучении естественного γ-излучения, которое возникает при самопроизвольном распаде радиоактивных элементов в породе.

Наибольшая радиоактивность, среди осадочных пород, у калийных солей и глин, имеющих наибольшую удельную поверхность, на которой оседают радиоактивные элементы. Повышенная радиоактивность у полимиктовых песчаников, содержащих калий, а также у битуминозных пород. Низкая радиоактивность у чистых пород (песчаников, известняков).

Измерение γ-излучения в скважине осуществляют с помощью радиометра1, который перемещается вдоль ствола скважины снизу вверх. Он содержит детектор Д и электрическую схему ЭС, включающую блок питания и усилитель.

В качестве детектора используют газоразрядные, сцинтилляционные и полупроводниковые счётчики γ - квантов.

Радиометр 1 кабелем К соединяется с наземной аппаратурой 2, которая состоит из усилителя У, дискриминатора, интегратора и регистрационного прибора РП (рис.3).

Рис. 3

Регистрируют суммарную интенсивность γ- излучения, которая для обсаженных скважин равна

1) J_γper = J_γn + J_γp + J_γk + J_γц + J_ф ;

где J_ф = const – интенсивность фонового излучения;

J_γП , J_γp, J_γk, J_γц – интенсивность γ-излучения в породе, растворе, колонне, цементе.

Т. к. J_γn ≥ J_γp + J_γk + J_γц,

поэтому

2) J_γper = J _γn + const= g_n·C₁+ C₂

где C₁, C₂ - константы, g_n – радиоактивность пород;

3) g_n= g_гл ∙ k_гл – в терригенных породах;

4) g_n= g_но ∙ k_но - в карбонатах.

Рис. 4

Для исключения влияния скважины и фона J_ф на практике измеряют двойной разностный параметр ГМ.

5) ∆J_γ = (J _γn- J _{γ min}) / (J _{γ max} - J _{γ min});

где J _{γ max} – в глинах;

J _{γ min} – в чистых неглинистых породах.

По величине ∆J_γ и зависимости ∆J_γ = f (k_гл) определяют объемную глинистость пород k_гл (рис. 4). Радиус исследования ГМ составляет ≈ 30 см.

Достоинство ГМ: возможность оценки глинистости пород в обсаженных скважинах, где СП не работает.

Методы рассеянного γ – излучения.