Физические основы метода

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление подготовки (специальность) – Технология геологической разведки

Кафедра - Геофизики

Курсовая работа на тему

“Плотностной гамма-гамма каротаж и его применение”

по дисциплине: Геофизическое исследование скважин

Выполнил студент гр.2212 ___________ Силакадзе Г.М.

(Подпись)

_____ _____________ 2015 г.

(Дата сдачи отчета)

Отчет принят:

Преподаватель ____________ Колмаков Ю.В.

(Ученая степень, ученое звание, должность) (Подпись) (Ф.И.О)

_____ _____________ 2015 г.

(дата проверки отчета)

Томск 2015 г

Оглавление

Введение. 3

1. Физические основы метода. 4

2. Плотностной гамма-гамма метод. 5

3. Аппаратура ГГК-П.. 7

4.Применение плотностного гамма-гамма каротажа на практике. 9

Вывод. 10

Список литературы.. 11

Введение

При прохождении гамма – квантов сквозь среду, кванты испытывают различного рода взаимодействия с ней. Эти процессы обусловлены энергией квантов, плотности вещества, элементных номеров атомов среды. Результатом взаимодействия является изменение характеристик потока гамма-квантов.

Целью данного курсового проекта является рассмотрение физических основ метода ГГКп, применения этого метода при решении геологических и геофизических задач. В работе пойдет речь о способах возбуждения полей гамма – квантов, их регистрации и интерпретации, с получением конкретных свойств среды.

Физические основы метода

Методы рассеянного гамма-излучения основаны на измерении интенсивности искусственного гамма-излучения, рассеянного породообразующими элементами в процессе их облучения потоком гамма-квантов. Интенсивность этого излучения зависит от плотности и вещественного состава горных пород (рис. 1).

Рисунок 1. Общий вид зависимости интенсивности рассеянного гамма-излучения от плотности ГП

Как известно, основными процессами взаимодействия гамма-квантов с породой являются фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние и образование электронно-позитронных пар. В методах рассеянного гамма-излучения в основном имеют место фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние гамма-квантов породой. В зависимости от энергии гамма-квантов и вещественного состава горной породы преобладает тот или иной процесс их взаимодействия.

При взаимодействии с горной породой жестких гамма-квантов (Е_у>0,5 МэВ) в начальный момент основную роль играет комптоновское рассеяние, в результате которого жесткое гамма-излучение, потеряв значительную часть своей энергии, переходит в мягкое гамма-излучение. Следовательно, в дальнейшем основную роль играет фотоэлектрическое поглощение гамма-квантов. Как указывалось выше, вероятность комптоновского рассеяния в конечном счете находится в прямо пропорциональной зависимости от плотности горной породы, а вероятность фотоэлектрического поглощения - от ее вещественного состава и особенно от содержания тяжелых элементов. Благодаря этому, регистрируя рассеянные гамма-кванты высокой энергии, получают плотностную характеристику горной породы. Суммарная интенсивность рассеянных гамма квантов зависит как от плотности, так и от вещественного состава породы. На этом и основывается ГГКп.

Вероятность взаимодействия жестких гамма-квантов с горной породой определяется числом электронов в единице ее объема, которое пропорционально плотности породы. Таким об разом, если горную породу облyчить гамма-квантами энергии не ниже 0,5 МэВ и подобрать энергетический порог дискриминации регистрируемых гамма-квантов, то по результатам измерений ГГКп можно установить плотность этих пород.

В качестве источника гамма-излучения обычно используется Cs¹³⁷ с энергией 0,66 МэВ, а мягкая компонента излучения поглощается экранами из свинца и кадмия. При проведении измерений детектор гамма-излучения располагается на определенном расстоянии от источника. Расстояние от источника до детектора выбирается таким, что при увеличении плотности горных пород, зарегистрированная интенсивность гамма-квантов уменьшается, т.е. зонд является заинверсионным. С целью уменьшения влияния скважинных условий на результаты ГГКп (диаметра скважины и слоя бурового раствора) применяют устройства, прижимающие зонд к стенке скважины стороной, на которой смонированы коллимационные окна для источника и детекторов. Наличие двух зондов ГГКп разной длины позволяет максимально снизить влияние глинистой корки на регистрируемую плотность горных пород.

Энергетический порог дискриминации подбирается экспериментально в зависимости от используемой измерительной установки и исследуемого разреза скважины и принимается большим 0,2 МэВ.

Как указывалось выше, при жестком гамма-облучении суммарная интенсивность рассеянных гамма-квантов или выделенная из нее мягкая составляющая гамма-излучений зависит от плотности и вещественного состава горных порол, т. е. от литологических особенностей разреза. В этом случае плотность горных пород определяет начальное пространственное распределение гамма-квантов малых энергий, образовавшихся в результате комптоновского рассеяния из облучаемого жесткого гамма-излучения. Вещественный состав горных пород через фотоэлектрическое поглощение оказывает влияние на дальнейшее распределение мягких гамма-квантов в исследуемой среде и в конечном счете – на интенсивность регистрируемой мягкой компоненты рассеянных гамма-квантов.

Определенную погрешность в измерения ГГКп вносит естественная радиоактивность горных пород, поэтому при расчете плотности необходимо вносить поправку, основываясь на данных гамма-каротажа.

По данным плотностного каротажа можно рассчитать коэффициент пористости породы Кп (%), который связан с плотностью соотношением:

где σ - объемная плотность породы, кг/куб.м;

σ_м- плотность минерального скелета, кг/куб.м;

σ_ж- плотность жидкости, заполняющей поровое пространство, кг/куб.м.