СПОСОБ АНАЛИЗА ГОРНЫХ ПОРОД Советский патент 1972 года по МПК G01N23/22 

Изобретение относится к области исследования геологического разреза сквал ин и может быть использовано для определения содержания в породе элементов с апомальны. сечением захвата тепловых нейтронов, в частности, для разделения нефтеносных и водоносных нород по содержанию в них хлора.

Для определения содержания элементов с аномальным сечением поглощения нейтронов в настоящее время применяют различные модификации нейтронного метода: импульсный нейтрон-нейтронный (ИННМ) и импульсный нейтронный-гамма (ИНГм)-методы. При этом породу облучают импульсным источником нейтронов и измеряют плотность тепловых нейтронов или гамма-квантов радиационного захвата через онределенное время после импульса нсточпика. Отношение показаний при двух временных задержках связано со средним временем жизни нейтронов, а последнее в основном определяется концентрацией в породе элементов с высоким сечением поглощения нейтронов и водорода, присутствующего обычно во всех породах.

Недостатком этих методов является сильное влияние колебаний концентрации водорода, затрудняющее определение других элементов с высоким сечением поглощения нейтронов. Особенно существенно это влняние при дифференцировании нефтеносных и водоносных

пластов, когда из-за сравнительно низкой концентрации хлора и значительных колебащп водородсодержания (иористости) изменения последнего создают значительный эффект.

Цель изобретения - уменьгненпе влияния на гюказання ИННМ и ИНГМ колебани водородсодержания нород.

Цель достигается тем, что но предлагаемому способу регистрируют отношение показаний двух детекторов, расположенных па различном удаленни от источника нейтронов, причем ближний к источнику детектор определяет плотность нейтронов (гамма-квантов) при большом временн задержки, а дальиий детектор - при малом времени задержки после импульса источиика.

За исключением самых малых значений времени задержкгу t п длины зонда / завнснмость показаний HI HIM и ННГМ от f п I может быть с достаточным приближением описана формулой

(

N .(1)

где А - коэффициент, не зависящий от / и /. /о - размер инверсионного зонда; т - среднее время жизни тенловых нейтронов в горной иороде - убываюи;ая функция водородсодержання, определяемая выражением - - 1/(/га -f ;/г;а;) :у., V consi где п и Я; - соответственно коицентрацни атомов водорода и других элементов в нороде, а а и а; - нх сечення ноглош.еиия; ос Уа, Ег л,-а;. Подставляя (2) в (1), нолучают формулу Л ,(3) Измеряемое при существуюнхнх методах отнои ение ноказаний ири одиом значении / и прн двух значениях времени задержки t и tz равио N ,.i(t,-i,) b(t,-i,) N, т. e. в равной стенени зависит от содержания как водорода, так и других ноглощаюндих элементов. Сущность изобретения заключается в измерении отношения ноказаний, нолученных нрн двух снециально подобранных сочета И1ЯХ (/1, /2) и (/2, 2), причем и . NI -i(l,-l;)-J.n(t,-t. -b(t,-t,} N Специальным подбором 1, 1-, t, и /2 можно добиться того, чтобы нервый сомножитель в правой части последней формулы нри колебаннях водородсодержания нласта меняется значительно меньше соответствуюн1.его ему нервого сомнол ителя формулы (4). Если бы величина а лииейно зависела от п, то прн значениях /1, /2, /1, t-2, подчиняющихся соотиощениюдостигалась полная компенсация влияиия водородсодержання (здесь с - угловой коэффициент линейной зависимости а от я). Реально зависимость а от п ие совсем линейная, но в определенных границах изменения последнего она может быть достаточно приближеиа к линейной, поэтому не удается полностью исключить влияние водорода. ОдfiaKO нри выборе 1, /2, i, /2 так, чтобы удовt t - - летворялосьсоотноше1Н1еугловой коэффициеит зависимости а (п в наиболее типичной области значении п, изменения первого сомножителя правой части (5) становятся несравненно меньшими, чем изменения соответствующего сомножителя формулы (4). Это означает значительно меньшую чувствительность предлагаемого метода к колебаииям концентрации водорода но сравнению -с существуюишмн методами. Совпадение вторых сомножителей правых частей формул (4) и (5), описывающих зависимость от коицеитрации других элементов, ноказывает, что чувствительность предлагаемого метода к содержанию других э.тементов сохраияется такой же, как и чувствительность существующих методов. Значения а и с, входящих в формулу (6), несколько зависят от конструкции скважины и прибора, и нх следует уточиять для каждой конструкции теоретически или замерами в нластах с разлнчным водородсодержаннем прн нескольких значениях а и с. Формула (1) является лишь приближенной. В действнтельности коэффициенты а. и А, хотя и слабо, но зависят от t, а коэффициеит А также от п. Более точные формулы имеются в работах по нейтронной физике и теории ИНЫМ. Исходя из них, можно расшифровать зависимость ее и Л от / и и. Тогда значения /ь 1-2, ti и /2 следует выбирать так, чтобы они удовлетворяли условию: г ) - «2() -ял ( г п17 , - и.) где /ZT - типичное значение п. Однако теоретическое рассмотрение показывает, что ири не слишком больщих изменение оптимальных значений параметров /;, -г при таком уточиении не очень велико, так что можно иолучить удовлетворительную компенсацию влияния водорода и при определении этих нараметров по формуле (6). Тогда порядок выбора /1, /2, /1, 4 может быть, например, следующим. Значения /i н /2 выбирают исходя из тех же соображений, что и ири ИИИМ с одним детектором обычно необходимо брать /i«0,5; /2«sl 2 мсек. Значение /2 выбирают так, чтобы при зависимость Л от / была близка к эксионенциальиой; обычно для этого достаточно взять . Далее используя значения a,lC, полученные теоретически или экспериментально как указано выше по формуле (6) онределяют величину /i. При желании получить очень высокую точность величина /i может быть уточнена далее следуюни1м образом. Измеряют отношение показаний против двух пластов, водородсодержапие которых отличается в 1,5-2 раза, причем наиболее тииичное значение последнего находится между его значениями для двух пластов. Указанное отношение измеряют трижды: при значении /i, полученном оиисанным выще путем, н при его зиачениях на 10-15 см больше и меньще этого значения. Построив по этнм данным зависимость рассматриваемого отношения от /i, интерполяцией или иногда экстраноляцней находят значенне 1, прн котором это отношепие равно 1. Практически иногда нроще носле расчета /i провести три таких замера при /i const, iHo с различными

ней, дающей равные показания в нластах разной пористостн (водородсодержання).

При этом предполагают, что поглош,аюн111е свойства этих двух пластов одпнаковы.

Лример. Пусть при ИНЫМ нужно скомпенсировать влияние изменений водородсодержания (пористости) в пределах 10-20% ДЛЯ водоносного песчаника. В случае, когда влияние скважнны мало и распределения иейтронов почти такое же, как и в однородной среде,

У 14 + Dt

где Lf - длина замедления;

D - коэффициент диффузии. Примем /1 0,5, ,5 мсек, /2 30 слг. Для Пластов пористостью и 20%, и 15 слг, ) 1,44-10 и соответствеппо. Отсюда

с (п.) -(п.) 0,00123 и

П1

0,00110 смг на 1% изменения пористости (при /I и /2 соответственно).

Пебольшое расхождение значения с при /i и /2 говорит о том, что пренебрежение зависимостью а от и использование приближенной формулы (6) вместо более точной не может привести к большим погрешностям в определении оптимальных параметров. Используя среднее значение с 0,0011 и значение се/с- на 1% пористости (штрих при а как раз и указывает на то, что его значение расчитано не на один атом водорода, как в формуле (5), а на 1% пористости, получим

/,/ + y(4-.) 30-f

44

. 10-3 ..- 70 см

0,0011

Предмет изобретения

Способ анализа горных пород, содержапи1Х эле.менты с высоким сечением поглогцепия нейтронов, заключающийся в нмпульсном облучении породы потоком нейтронов и иоследуюш,ей регистрации плотности потока тепловых нейтронов или гамма-квантов радиационного захвата при двух временных задержках после импульса облучения, отлича1О1Ц11йся тем, что, с целью уменьшения влняния колебаниГ водородсодержания породы на результат анализа, регистрацию производят в двух точках простраиства, расположенных на одной прямой с источником нейтронов на разных расстояниях от него, причем после меньшего времени задержкн регнстрацию производят в точке, находяи1ейся иа больпгем расстоянии от источника, а после большего времени задержки - на меньшем расстоянии, а расстояния выбирают в соответствии с соотношением

А/ -/,-/.- - (4 - ,). с

где А/ - расстояние между точками измерения;

/2 - расстояния от источника до точек измерения,

2 - времена задержки,

с - изменения декрементов затухания плотности излучения соответственно

при увеличении времени задержки и при увеличении длины зонда, вызываемые одним и тем же изменением водородсодержания породы.