Спектрометричний гамма-каротаж

СГК базується на залежності розподілу швидкості рахунку за амплітудами імпульсів при реєстрації моно-енергетичного гамма-випромінювання від вмісту радіоактивних елементів, які випромінюють гамма-промені відповідних енергій.

Як вказувалось вище, гамма-промені мають дискретний спектр енергій, який у результаті розсіювання та поглинання породою, промивною рідиною та стальною гільзою радіометра перетворюється в безперервний спектр гамма-випромінювання з накладанням на нього окремих первинних характерних ліній. Даний спектр енергій гамма-квантів є ознакою самого радіоактивного ядра. Відповідно, за вихідним дискретним спектром енергій гамма-променів можна встановити ізотопний склад і кількість таких радіоактивних ядер.

На енергетичному спектрі гамма-квантів природного гамма-випромінювання малоактивних осадових порід характерними значеннями I _g відмічається радій в енергетичних інтервалах 0.6 і 1.8 МеВ; торій – 0.9, 1.6, 2.6 МеВ; калій – 1.46 МеВ (рис.96 ст201 Дяк). Відповідно, гамма-спектрометричні дослідження свердловин можуть бути зведені до одночасної реєстрації трьох кривих інтенсивності гамма-випромінювання при різних рівнях дискримінації або в різних енергетичних діапазонах.

Для кількісної оцінки вмісту різних радіоактивних елементів розв’язують систему рівнянь, кількість яких рівна кількості елементів, що визначаються.

Так як природна радіоактивність малоактивних осадових відкладів практично завжди обумовлена присутністю в них тільки трьох елементів (Ra, Th, K⁴⁰), то для їх оцінки складається система із трьох рівнянь.

Для дослідження енергетичного складу природного гамма-випромінювання використовуються інтегральні та диференціальні гамма-спектрометри. Інтегральними гамма-спектрометрами реєструють інтенсивність гамма-випромінювання енергії E _g, яка лежить вище (або нижче) заданого порогового значення E _{g п}. Диференціальними спектрометрами реєструють гамма-випромінювання в строго обмежених енергетичних інтервалах .

Свердловинний гамма-спектрометр складається із свердловинного радіометра та наземного пульту (Рис.97 Д.202). У свердловинний радіометр входять: змінна приставка, в якій розміщується індикатор, і електронна схема. У якості індикатора використовують сцинтиляційні лічильники, в яких амплітуда вихідного сигналу прямо пропорційна енергії іонізуючої частинки.

Електричні сигнали з датчика Д надходять на підсилювач П, на виході якого знаходиться лінія затримки ЛЗ. Затримані сигнали подаються на вхід лінійно-пропускного пристрою ЛПП, а сигнали з виходу підсилювача – на амплітудний диференціальний дискримінатор Дс. Останній виробляє на виході імпульс струму тільки в тому випадку, якщо амплітуда сигналу знаходиться в межах Δ U, які задані порогами дискримінації.

Вихідний сигнал відкриває закритий в нормальному стані лінійно-пропускний пристрій і пропускає затримані сигнали на схему амплітудно-часової трансформації АЧТ. На виході АЧТ формується від’ємний імпульс тривалістю τ _і. Даний імпульс подається на вихідний каскад ВК і одночасно повертається на дискримінатор, закриваючи його на весь час амплітудно-часового перетворення сигналу. У вихідному каскаді прямокутний імпульс за допомогою диференціюючої ланки перетворюється в два різнополярні імпульси. Вони відповідають його передньому та задньому фронтам, які розділені відрізком часу τ, який пропорційний амплітуді сигналу на виході ФЕП, і потрапляють по кабелю на наземний пульт.

Наземний пульт складається із двох одноканальних амплітудних аналізаторів, автоматичного аналізатора, що забезпечує отримання диференціальних спектрів гамма-випромінювання, що досліджується, пристрою автоматизації вимірювань та виводу інформації на пристрої реєстрації, а також блоку живлення БД.

Два одно канальні аналізатори дозволяють здійснювати безперервну реєстрацію інтенсивностей гамма-випромінювання в двох заданих енергетичних інтервалах. Із виходу одно канального аналізатора інформацію надходить на зовнішній пристрій реєстрації та на стілковий прилад, який розміщений в блоці автоматики БА. Стрілковий прилад також служить для контролю вхідних і вихідних напруг блоку живлення.

Сигнал, який потрапляє в блок автоматики, після відповідних перетворень проходить через арифметичний пристрій блоку реєстрації БР і запам’ятовуються в блоці пам’яті БПм. Накопичена в блоці пам’яті інформація через блок реєстрації виводиться на осцилограф. Одночасно вона за допомогою вхідного блоку ВБ може бути виведена на зовнішній реєструючий пристрій.

Визначення окремого вмісту в породах урану (радію), торію та калію за даними спектрометрії природного гамма-випромінювання дозволяє розв’язувати конкретні задачі як загальної, так і прикладної геології: 1) вияснення механізму та швидкості вивітрювання гірських порід за станом радіоактивної рівноваги у ряді уран-радій; 2) вивчення геохімічної циклічності, встановлення умов осадонакопичення гірських порід і кореляція німих товщ; 3) вияснення фаціальних характеристик та інтенсивності тектонічних рухів структур, які сприятливі для акумуляції нафти і газу; 4) вивчення особливостей та генезису вивержених та метаморфічних порід і т. д.

У нафтогазовій геології та геофізиці: виділення в карбонатному розрізі вторинних доломітів, визначення глинистості та нерозчиненого осаду пластів-колекторів з малою похибкою (8-10%), встановлення мінерального складу глинистих порід і т. д.

 

 

Лекція № 10

Методи розсіяного гама-випромінювання. Взаємодія гама-квантів з гірською породою. Фізичні основи густинного та селективного видів гама-гама каротажу. Апаратура. Джерела гама-квантів. Області застосування