Гамма-гамма-каротаж

Введение:

ГГКП основан на измерении жесткой составляющей рассеян­ного гамма-излучения, применяется для измерения плотности горных пород в разрезах скважин.

В качестве источника гамма-излучения при ГГКП исполь­зуют изотоп цезия (¹³⁷ Сб) с периодом полураспада 26 лет и энергией у-квантов 0,662 МэВ. Для регистрации излучения при­меняются в основном сцинтилляционные детекторы. Источник и индикатор расположены на одной стороне исследуемого объ­екта (см. рис. 64, б). Индикатор заключен в стальную гильзу, поглощающую мягкую компоненту (до 200 кэВ) гамма-излуче­ния, которая не достигает индикатора. В этом случае регистри­руется жесткая компонента рассеянного гамма-излучения. Рас­стояние между серединой источника и серединой индикатора называют длиной зонда Ь. Оптимальная длина зонда 30—50 см. Для указанных расстояний зависимости логарифма интенсив­ности гамма-излучения I от плотности 6 в основном линейны ^/ = /(6). В породах с малой плотностью при небольшой длине зонда линейность нарушается. Для снижения влияния скважины на показания ГГКП источник и индикатор прижимаются к стенке скважины и экранируются от нее свинцом. Однако на­личие между прибором и стенкой скважины промежуточного слоя (ПЖ, воздуха, глинистой корки, железной колонны) при­водит к изменению средней плотности исследуемой среды. Гли­нистая корка и неровности стенки скважины вызывают увели­чение показаний ГГКП.

Из расчетов следует, что увеличение толщины промежуточ­ного слоя между прибором и пластом всего на 1 см изменяет кажущуюся плотность пород по ГГКП на 0,12—0,3 г/см³ , что снижает точность определения плотности пород, несмотря на наличие прижимного устройства. Сильное влияние промежуточ­ной среды объясняется малой глубинностью ГГКП; при длине зонда /, = 30 см 90% регистрируемого излучения поступает от слоя пород толщиной 10—12 см, а при /,= 12-М5 см — от слоя пород толщиной всего 6—7 см. Минерализация промывочной жидкости и пластовой воды мало сказывается на показаниях ГГКП.

Физические основы метода

Гамма-гамма-каротаж (ГГК) основан на измерении характери­стик рассеянного гамма-излучения, возникающего при облуче­нии горных пород внешним источником гамма-излучения. Глав­ными во взаимодействии гамма-излучения с веществом явля­ются образования электрон-позитронных пар, фотоэффект и комптон-эффект.

Электрон-позитронные пары образуются при взаи­модействии у-квантов очень высокой энергии (более 5—10 МэВ) с ядром атома. При этом у-квант исчезает, и в электрическом поле ядер образуются пары электрон-позитрон.

При фотоэффекте происходит поглощение у-кванта од­ним из электронов атома, причем энергия у-кванта преобразу­ется в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пре­делы атома (гамма-квант передает всю свою энергию одному из электронов внутренней оболочки). Вероятность фотоэффекта резко увеличивается с увеличением 1 и уменьшением энергии излучения. В веществах, содержащих элементы с 2<20, для гамма-излучения с £>200 кэВ влияние фотоэффекта мало.

При комптон-эффекте в отличие от фотоэффекта у- квант не исчезает, а лишь передает часть энергии одному из электронов атома (становится менее жестким) и меняет направ­ление движения (рассеивается). Этот вид взаимодействия яв­ляется основным в среде, содержащей легкие (2<20) эле­менты, для излучений с энергией 0,5—1 МэВ. В процессе рас­сеяния энергия кванта уменьшается до величины, при которой он поглощается в результате фотоэффекта. Для квантов с на­чальной энергией £ = 0,5-М МэВ число актов рассеяния до по­глощения в горной породе составляет в среднем 6—8. Интен­сивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в единице объема вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному номеру вещества.

Вероятность комптоновского взаимодействия испускаемых источником ^-квантов пропорциональна числу электронов Ы_е в единице объема вещества (электронной плотности), которое связано с объемной плотностью (плотностью вещества б) соот­ношением

и_е =ы_к гыА_у , (1У.З)

или

N, = N6 2ЗД/М, (1У.4)

где Л^а=6,02- 10²³ моль^-1 —число Авогадро; 1 — атомный номер элемента, входящего в состав вещества; А — атомная масса; М — молекулярная масса; щ — число атомов с атомным номе­ром в молекуле.

Для элементов, составляющих горные породы ^<20), от­ношения 1!А и достаточно постоянны и близки к 0,5. В соответствии с этим величина гамма-излучения определяется в основном

электронной (кажущейся) плотностью среды, окру­жающей прибор, пропорциональной объемной плотности, и не зависит от изменений ее вещественного состава.

В действительности кажущаяся плотность б_п .к, зависящая от числа электронов в единице объема пород, отличается от ис­тинной плотности породы 6п на

Аб_п - т5—г/А)/0,5]. 100. (1У.5)

Погрешности Дбп для разных пород различны и могут до­стигать 3 %.

В методе ГГК различают две основные модификации: плот- ностной гамма-гамма-каротаж (ГГКП) и селективный гамма- гамма-каротаж (ГГКС).

Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом

Существуют 3 основных процесса, которые носят названия фотопоглощения, комптоновского рассеяния и образования пар.

Фотопоглощение (фотоэффект) заключается в поглощении γ-кванта атомом вещества, его энер

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать