RU1850U1 - Устройство для нейтронного каротажа - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА, содержащее источники нейтронов, детектор и блок регистрации, в котором расстояния от источников до детектора установлены с учетом зависимости плотности потока нейтронов от замедляющих свойств среды, отличающееся тем, что оно содержит источник быстрых нейтронов, окруженный экраном, поглощающим тепловые нейтроны, и расположенный на расстоянии от детектора нейтронов или гамма-квантов, соответствующем доинверсионной области зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скважины, и источник тепловых нейтронов, окруженный замедлителем нейтронов и расположенный на расстоянии от детектора, соответствующем заинверсионной области зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скважины, причем активность источников и расстояние от каждого из них до детектора таковы, что потоки частиц в точке детектирования одинаковы.

Description

УСТРОЙСТВО для НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА

Относится к яде-риой геофизике и ножет быть использовако при поиск.гчх, разведке и эксплу;лтацм. яе сто-рожден и и полезный ископаемый для опреде,чений эленентов с большим сечениеи поглощения нейтронов.,

На Тчочность нейтроннь« ие-тодон: каротажа существенно влияет прю-межуточная среда, ыакодяш,аяся между зокдовым устройством и стенкой с.кБажины, которая суи1,ественно искажает поток излучения. Толщина слоя nps ом ежу т очно и ср)е-д1.- опр€;-д-&ляе-тся диаметр ом бурения, диаггетрои зондового устройства и размерами к,аверн в стенкак скважины. Влияние кавернозности среды на плотность потоков пе-рЕ ичного и вторичного излучения труднее всего учесть, поскольку ,она имеет случайный кар а к т в р ,, о б у с л о в л е н к ы и т е ic н и -i е с к и м с о с т о я н и е и к а ж дои i к в а ж и и ы ,

И :s в е с т н о у с т р о и с т в с-, п о з в о л я ю ш, е е у ч и т ы Е- а т ь влияние промежуточной среды при нейтронной кг ротаже при помощи набора источник о-в нейтронов,, размещенным: в лапак, которые упираются в стенки скважины (патент США N 3662172., приор,. 24„10,.69, БОН 3/00, 601V 5/00).. Прижимное устройст1г:о используется .для измерения диаметра скважины,. Предусмотрена компенсация плотности жидкости в скЕ-гажине и ди метра с к в а ж и н ы ,. Н е д о с т а т к о и у с т р о и с т в а я в л я е т с я с ложно с т ь к о н т р у к ц и и и н е у .7д о ь с т- Е о э к с п л у а т ц и и ..

Наиболее близким по- технической суш.ности к предлагаемох ку является устройство для нейтронного каротажа (Е. А „Соколов и „ар.. Об использоЕ- ании эффекта инверсии в нeйтpoн-н€ йтpoннoм методе, Е:о-просы разве,цо ч но и геофизики „ :-:ып„11 Ядерная i-еофизика в ру.цной геологии, Недра, Л „ , 1969,i стр„99), содержаш,ее два источники быстрык нейтроноЕ, детектор нейтроноЕ-i и регистрирующий блок,. Один и 3 и с т о ч н и к о в р а с п о л о ж -е н к а р а с: с т о я н и и о т д е т е i; т о р а , с о о т в е т с. т в у к ш, ем .дои н в е р с и о н н о и о б л а с т и с: а в и с и м о с т и п л о т н о с т и п о т о к а не и т р о -

ИПК5 eOlV 5/14

нов от влажности cpi&BJi,, другой - на расстоянии, соответствующем заинЕерсионной области, В устройстве использован инЕ ерсмонный карактер зависимости плотности тепловык нейтронов от влажности среды, причем положение точки инв-е-рсии зависит от расстояния источник-Д етектор. Это позволяет подобрать два такик расстояния ист о -I н и к - д е т е к т о р , п р и к о т о р ы к к о л е 6 .а н и я в л а г о с о держания с р е д ы в ширк/ких пределах не будут сказываться на величине сунмарной плотн о с т и т е п л о в ы х н е и т р о н о в , р е и : т р и р у е и о и д е т е ;; т о р о м :. Н е л о с т а т к о м устройства является-высокая зависимость результатов каротажа от диаметра или кавернозности скважины что снижает точность каче- с т в е н н. ы к о п р е д е л е н и и э л е н е н т о в «

С т г в и т с я :з г д а ч а с о s: д а н и я у с т pi о и с т в а для нейтронного к а р о т а ж а ., позволяющего уке ньшить влияние промежуточной средь- на результаты изнер ений за счет исключения влияния диаметра и кавернозонсти скважины.

Задача решается за счет того, что в устройстве для нейтронного к а р о т а ж а , с одер ж а ш, е к и с т о- ч н и к и н е и т р о н с- в , д е т е к тор и б л о к регистрации, в котор ом при выборке расстояния от источников до де- тектор а использован кар актер зависимости плотности потока неЙ1- роноЕ от замедляюии1:н: СВОЙСТЕ среды, учтена зависимость плотно-сти потоков тепловык и быстрык нейтронов от диаметра скважины. Устройство содержит источник быстрин нейтронов, окруженный экр1а нон5 поглощающим тепловые нейтроны, и расположенный на расстоянии от детектора нетронов или гаима-квантов, соответствуют,ем доинверсионной области зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скважины, и источник тепловык нейтронов, окруженный за едлителем нейтронов:, и рас11оложенн1- 1й на расстоянии от детектора, с о о т в е т с т в у ю ш, ем за и н в е р с и о н н о и о б л а с т и з а в и с: и м о с т и плотно с т и по - тока нейтронов от диаметра скважины, причем активность источников

и расстояние от каждого PIS ник до детектора таковы, что- регистриpyei sb4€ - детэкторои потоки че1стиц одинаковьд.

При решении задачи использован эффект разнонаправленного взаинолейстЕ-ин теплоБЫИ и быстрых нейтронов со средой Б доин™ Еврсионной и зинверсионной о&ластяк зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скв-ажины.

С увеличением диалЧетргх (кавернозности) поток быстрых нейтронов занедляется, за счет чего количество зарегистрированных тепловых нейтронов yв€ личивaeтcя. Поток тепловых не-и тронов этом рассеивается, и количество зарегистрирьованных теплоЕ ык ней-тронов уменьшается. Одновременное использование источь ::ов тепловик и быстрых нейтронов позволяет в значительной Jtt;: скомпенсировать изменение диаметра скважины,,

Зависимость плотности - нейтронов от диаметра скважины имеет инверсион1аый .pav ,, причек положг ние точки инверсии зависит Од 1 сстояния источник-детектор, поэтому на регистрируемые Д5- те-}; орон потоки нейтронов от источников, расположенных на расстояниях от детектора, соответствующих до-инверсионной и заинE€ pcиoннoй областям этой зависимости, изменение диаметра скважины -оказывг1ет противополс-жх-ю-е влияни-е„ при .этом один из и-с - т очки к-ов является и сточи и к-он бы-стрых ней-тр-оноЕ:,, а л руг-о и тепло-вых п п-: явля-ет-ся возн-ожн-ос-ть ск-омпенсировать влияние изменения

диаметра скважины с высокой точностью. Для этого необходимо установ и -т ь ист-очники с такой -ак-ти:ен-с-ст-аь -о и н-а таких расстояниях от детекто-р-а, -1тобы регис-триру-еиые детектором пот-оки нейтронов были -о дина к-о вы ( в-о в-с е-к -случаях подразумевается, что потоки одинаковы в п р -е д -е .л а х , -о п р -е- деля -е м ы х н е о б :-i: -о д и м о и т о ч н о с т ь ю к о м п е н с а ц и и ) .

вондом будет уменьшаться с увелич&ни&м промежуточного слоя (кав е р н и ) э а с чет р а с с е и le а к и я и и о- г л о ш е н и я т е п л о в ы к не и т р о и о в б у р о вой жидкостью В то же время кадтепловая и медленная часть нейт-роноЕ; будет :заме,цлятьоя к иие-ть противоположную тенденцию. Поэтому для уменьшения количества надтепловык и медленных нейтронов используется экран, который :2:анедляет их до тепловых энергий.

Поток быстрых нейтронов при измерениях с доинверсионным зондом будет замедляться с увеличением промежуточного слоя. При ЭТО1-0 соответственно будет увеличиваться количество тепловых ней-троноЕ п которые, взаимодействуя с горными породами стенок скважины, будут уЕ:еличивать поток регистрируемого параметра. Но источник быстрых нейтронов имеет ъ своей спектре тепловую и надтеплоЕ ук) часть, которая в дгшном случае является помехой., создаюш,ей большой фон , от которого следует избавиться. Для этого источник быстрых нейтрюнов экрг1нируют веш,еством, имеющим большое сечение поглои4,ения тепловых нейтронов, что позволяет устранить те- и надтепловую часть нейтрюнов из этого потока. При отсутствии такого экрана суш,ественно увеличивается Фон за счет теплов о и ч а с т и н е и тронов, а з а & и с и к о- с т ь per и с т р и р у е м о г о эффекта о т промежуточного слоя будет другой., т.е. устройство не будет в д о с т а т о ч н о и с т е п е н и к о м п е н с и р о в а т ь в л и я н и е каверн.

Работа устройства для нейтронного каротажа поясняе тся чepт€ жгlми .

На фиг„1 прив€ дены результ-аты экспериментальных исследований на моделях скЕг жин разного диаметрг с одним и двумя источниками

н е и тронов р а з н о и э н е р г и w,

Н а Ф и г.2 пок аза но зондо вое у ст ро и ство для каротажа с двvм я источникг1ми нейтронов.

т о рожден и и устройства с о.ц и и к и с двукя источиикани н€и трюков.

Экспериментальные исследования (Фиг.1) по и:зучени1-о влияния переиенного диаметра скважкнм на результаты н€ и трон-нейтронного каротажа с источникгями разный 7знергий на ко дел як горных пород показали;

a)при использоЕ га-хии доих-гверсионного зонда (5 18см) с источниками быстрых нейтро:ноЕ5 (Ро--Ве) с уве тичениен диаметра скважины ух еличивается скорость счета тепловых нейтронов (кривая 1);;

b)при и спол ь3о ван и и за и н ве р с и онно го зонда (35 - 5О см) с и сточником тепловых и надтегдловык нейтронов (Е5Ь-Be) с ун еличением диаметра скважины уменьшается скорость счета тепловык нейтроноЕг

(кривая 2) ;;

в) из1черех-и1Я с двумя исто-чниками нейтронов разной энергии ( Р о - Be и S Ь - Be), pa с п о л о ж е н н ы м и с о о т в е т с т в е н н о в до и н в е р с: и о н н о и и за инверсионной областях,, позвоо еягат практически исключить кие переменного диакетра скв:а кины на регистрируемый параметр в значительных пределах (кривая 3),

У С; т р о и с т Е о д Л Я Н е и т р о н н о г о к а р о т а ж а ( Ф и г . 2 ) содержит с к в а ж ИННЫ и преоьрйхзователь 1,, кото-рый включает источник быстрых нейт р о н о в 2,, и с т о ч н и к т е п п о в ы х нейтронов 3., детектор н е и т р о н н о i о ил и г а н н а-и :з л у ч е н и я 4., Ф о т о у м н о ж и т е л ь 5 , экран 6 из веще с т в а ., п о г л о- ш,а№ш,его теплоЕ ые нейтроны, замедлитель нейтронов 7 и регистрируюш.ий блок В., Стенки скважины обр азованы горной породой 9.

У с т р о и С; т в о раб о тает с л е д у ю ui, и м обр а з о м „

Перед началом измерений необходимо установить источники на тг1кик расстояниях от дет€ -ктог-5г1, чтобы выровнять потоки частиц от к к а ж д о Г о и:;:;: н и х Рас с м о т- р и м п о- д г о т о в к у у с: т р о и с т в а к работ е н примере нейтронного гамма-кг1ротажа, Используется модель скважины с рудой (нагфинер, ) с отверстием в центре, равным принятому диаметру бурения на месторождении (575 76; 93ми и т.д.). Источник

- f быстрых нейтронов (Ро-В-г) уста.наБЛИвают в с-кважинный прибор на расстоянии L1 от детектора в доинверсионнчой области. Затеи измеряют скорость счета N1 ГИРЗ железа в области 6,5 -- 10 ИзВ, используя линию 7,64 ИэВ. Источник быстрых нейтронов вынимают, а в скважинный прн1бор на расстоянии L2 от детектора в за инверсионной области помещают источник тепловых нейтроноЕ-: (ЗЬ-Ве). В той же спектральной области измерягат ГИРЗ железа N2 и сравнивают с N1„ Далее-, постепнно изменяя L1 и L25 добиваются выравнивания N1 и N2, Если изменением расстс-ях-гия добиться этого не удается j испо-льзуют изменение того или дру1--ого источника нейтронов.

После достижения равенства скорости счета измеряемого параметра, источники нейтронов Фиксируют в скважинном приборе. Для проверки исключения влияния К 1Е ерно:гно-сти стенок скважины производят измерения на моделях железной руды того же содержания железа, но с большими диаметрами (напр., 76 и 93мм); при этом данные измерений с диаметрами 57, 76 и 93мм должны совпадать с точностью статистической погрешности Аналогично производится подготовка у с т р о и с т в а. к работе в с л у ч -э. е ней т р о н -- н е и тронного к а р о т а ж а .

В прцессе измерений нейтронами от источников 2 и 3 облучают горную порду 9 по разрезу скважины и детектором 4 регистрируют нейтронное или заквг тное гамма-излучение, по интенсивности которого определяют исследуемый пгхранетр горной породы: ослабление нейтронного потока, интенсивность захватного гамма-излучения в опр еделенной энергетической области и т.п.

Устройство было опробоЕ ано в процессе опытно-производственнык работ на железорудных месторождениях Кольского полуострова и Карелии На фиг.З приведены диаграммы спектрометрического нейтронного 1 амма каротажа (СНГК) буровзрывной заполненной водой скважины, которгля была пробурена Е-. магнетитоЕ ых кварцитах с относительно равномерным оруденениен железа по разрезу рудного тела (по

д г н н ы к г е с- л о г и ч е с в: о г о о п р о t) о в а н и я) . И s - :з а Е; s р ы в н ы х р а ь о т с к в а ж и н а ииела каверны при опрбованияк по диаметру от 93 ло 120мн (см., диагранму 4),

Определение- концектрации железа произвол и лось по ГИРЗ Е; области 6., 5 - 10,0 ИэВ (линии 6 j 62 и 7,13 ИэЕ-i), являющемуся основный регистрир1у€ мыи параме-трои. Измерения выполн€ ны с тремя типами зон л ОБ S 5см, 45см и с двойныг-л зондом предлагаемой конструкции .

При измерениях с зондом 5 см (доинверсионная область) показания СНГК (диаграмма 5) зависят от каЕ-:ернозности скважины и с yвeличeи€ м диаметра интексиЕП-юсть регистрируемого параметра увел и ч и в а е т с я. П р и и з п е р е н и я к с :;:: о н д о и 4 5 см ( з а и н в е р с и о н н а я об л а с т ь ) н а ej л 1-0 д а е т с я о- ti р гч т н i я :г а в и с и м о с: т ь (д и а г р а м м а 6 ) . П Р и и с п о л ь G; о в а н и и дЕ-:о-мно1о зондсП с И СТОЧИ И К ам И быстрых и тепловых нейтронов, по добр аи по величине потока нейтронов,, результаты СНПС не зависят /т дианетр/а скважины (диаграмм ; 7)„ Е эток случае наблюдается пропорциональность между концентрацией железа и интенсиЕ - н о с т ir. К) р е г 1.1 с т- р и р у е м о- г о к i а р а м е т р а , ч т о с у ш, е с -т в е н н о п о в ы ш з е т т о ч ность количественных определеяии .,

-у

Д и р е V. т- о р В И Р Г-Р у д г е о Ф и::;:: и v. .;а xi; -T--- d « Н . И и х а и л о в:

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА, содержащее источники нейтронов, детектор и блок регистрации, в котором расстояния от источников до детектора установлены с учетом зависимости плотности потока нейтронов от замедляющих свойств среды, отличающееся тем, что оно содержит источник быстрых нейтронов, окруженный экраном, поглощающим тепловые нейтроны, и расположенный на расстоянии от детектора нейтронов или гамма-квантов, соответствующем доинверсионной области зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скважины, и источник тепловых нейтронов, окруженный замедлителем нейтронов и расположенный на расстоянии от детектора, соответствующем заинверсионной области зависимости плотности потока нейтронов от диаметра скважины, причем активность источников и расстояние от каждого из них до детектора таковы, что потоки частиц в точке детектирования одинаковы.