Радіоактивні методи каротажу

Ядерно-геофізичні методи засновані на вивченні природної радіоактивності гірських порід або вторинної радіоактивності, що виникає при нейтронному або гамма-опромінені порід. Розрізняють гамма, нейтронно-активаційні, а також ренгенорадіометричні методи. Найширше використовується гамма-метод, при якому вимірюється інтенсивність гамма-випромінювання природних радіонуклідів, що містяться в гірських породах. Зміни радіоактивності залежать від складу і властивостей гірських порід, що дозволяє використовувати ці методи для вивчення геологічної будови території, процесів, що відбуваються в надрах, і виявлення в них родовищ корисних копалин.

Геофізичні методи вивчення геологічного розрізу свердловин, які базуються на використанні радіоактивних процесів (природних і викликаних штучно) називають радіоактивним каротажем (РК). Ці методи діляться на пасивні (методи реєстрації природних випромінювань) і активні (методи реєстрації випромінювань, які виникають при опромінюванні порід спеціальними джерелами, що розташовані у свердловинному приладі).

До першої групи входить гамма каротаж (ГК), який використовує природне випромінювання гірських порід. Друга група складається із двох підгруп – методи, які базуються на опромінюванні порід відповідно гамма-квантами і нейтронами. У нафтових і газових свердловинах із першої підгрупи частіше використовують метод розсіяного гамма-випромінювання (гамма-гамма каротаж – ГГК), а із другої – нейтрон-нейтронний метод (ННК), нейтронний гамма-метод (НГК), імпульсні нейтронні методи (ІНК), метод наведеної активності. Великою перевагою радіоактивних методів є те, що вони можуть використовуватись як у необсаджених, так і в обсаджених свердловинах. На їх показники відносно слабо впливає склад рідини у стовбурі свердловини.

Ядра деяких ізотопів можуть самочинно перетворюватися у ядра інших елементів. Цей процес називається радіоактивністю. Перетворення ядра звичайно проходить шляхом випромінювання альфа- чи бета-частинок. Крім того кожен вид розпаду супроводжується випромінюванням гамма-квантів. a- і b-промені, які мають малу проникність, повністю поглинаються породою і стінками приладу, що опускається у свердловину, тому при радіоактивному каратожі вимірюють зміну інтенсивності тільки g-випромінювання. Кількісною характеристикою радіоактивності речовини є число розпадів за одиницю часу. Абсолютна радіоактивність речовини визначається числом розпадів у 1 с (розп./с) – бекерель (Бк). При геофізичних дослідженнях свердловин доцільно користуватися об’ємною одиницею концентрації k_γ радіоактивних елементів. В одиницях СІ це – нано-еквівалент радію на кубічний метр породи.

Потужність дози -випромінювання у рентгенах за годину (Р/год), мілірентгенах у годину (10^-3Р/год), мікрорентгенах у годину (10^-6Р/год).

Завдяки високій проникності g-променів можливо проводити радіоактивний каротаж не тільки у необсаджених свердловинах, але і в закріплених експлуатаційною колоною.

Після проходження g-променів крізь шар речовини їх інтенсивність знижується до деякої величини І_g, яка може бути обчисленою за формулою:

, (8.1)

де І_g0 – первісна інтенсивність g-променів; l – товщина шару, см; m_g – коефіцієнт поглинання, що показує, яка частина випромінювання поглинається шаром речовини товщиною, яка дорівнює одиниці довжини.

Коефіцієнт поглинання пропорційний щільності і залежить від енергії випромінювання g-квантів. Для води m_g = 62 см^-1, для заліза m_g = 0,48 см^-1.

Каротаж радіоактивний – комплекс ядерно-фізичних методів вивчення складу і будови гірських порід, що складають стінки свердловин, а також контролю за техн. станом свердловин. Відповідно до виду випромінювання, що реєструється, розрізняють різновиди гамма-каротаж і каротаж нейтронний. Методи гамма-каротажу базуються на вимірюванні інтенсивності гамма-випромінення, зумовленого природною радіоактивністю порід (гамма-каротаж), і вторинного гамма-випромінення (гамма-гамма-каротаж) або нейтронного випромінювання (гамма-нейтронний каротаж), що виникають у породах при опроміненні їх джерелами гамма-квантів. При проведенні радіоактивного каротажу застосовують свердловинний прилад, в якому розміщують детектори нейтронів або гамма-випромінення (інтегрального або спектрометричного типу). Сигнали детекторів передаються по кабелю на поверхню на каротажну станцію, де вони реєструються.

Каротаж радіоактивний входить в обов’язковий комплекс методів пошуків, розвідки і контролю розробки родовищ. Методи гамма-каротажу широко використовуються для пошуків і розвідки радіоактивних руд, калійної і фосфатної сировини, що характеризуються підвищеною радіоактивністю, а також при розвідці нафтогазоносних і вугільних пластів. Гама-гама каротаж застосовують для вивчення щільності гірських порід, визначення вмісту в них важких елементів, а також стану цементу в затрубному просторі.

Оскільки гамма-промені майже повністю поглинаються шаром породи завтовшки 1 – 2 м, а до 30 % ядерної енергії не пропускається обсадними трубами, то свердловинний радіометр може фіксувати гама-випромінювання порід, розташованих в радіусі, що не перевищує 0,5 м від осі свердловини. Збільшення діаметру свердловини і наявність води або бурового розчину в ній ще більше знижують радіус обстеження.

На діаграмах гама-каротажа виявляються пласти з різним ступенем радіоактивності. Максимумами виділяються породи і руди, що містять уран, радій, торій, калій-40 і інші радіоактивні елементи, а також граніти, глини; мінімумам – піщані і карбонатні породи.