Способ определения концентрации элементов при каротаже скважин Советский патент 1977 года по МПК G01V5/00 

I

Изобретение относится к способам определения концентрации элементов, обладающих свойством радиационного захвата медленных нейтронов, импульсным нейтронным методом.

Известен способ импуга сного нейтронного :каротажа, основанный на облучении горной породы. окружанпцей скважину, импульсным потоком нейтронов от генератора н измерении излучения в промежутках времени кюжду импульсами.

При таком способе быстрые нейтроны генератора, обладающие зжргией 14 Мэв, в процессе взаимодействия с ялфамн элементов горной породы, замедляется до тепловых знергий и с большой вероятностью захватываются ядрами поглощающего нейтроны злемента. Захват нитронов сопровождается мгновенным гамма-из;тучением. Горную породу облучают импульсами нейтронов. В промежутках времени между импульсами измеряют интенсивность гамма-излучения резонансного захвата нейтроиов. По интенсивности гамма-налуяения cyjsfa о концентрации нейтроно-поглощакнцеги злемеитд в горной породе.

Цель изобретения - цдвышёние чувствительиостя определения элементов, обладающих аномальным сечением радиатгонного захвата .медленных нейтронов (например, ртути, никеля, хрома, меди, кадмня).

Это достигается тем, что проводят одновременное измерение интенсивности гамма-излучения радиационного захвата медленных нейтронов и плотности потока медленных нейтронов при разном времени задержки после импульса. Время задержки при измерении интенсивности гамма-излучения выбирают таким, при котором с увеличением KOHI Hтрации анализируемого элемента максимально увеличивается интзнсивность гамма-излучения (0,1-0,5 времени жизни тепловых нейтронов в среде без определяемого элемента). Время задержки при измерении плотности потока тепловых нейтроиов должно быть больше, чем время жизни в среде без определяемого злемента.

Отнощение указанных величин измеряют. По совокупным данным судят о концентрацнн элемента в горной породе.

{ ссмотрим более пощюбно сущность предлагаемого способа.

При радиационном захвате медленных нейтронов ядрами элe eнтoв возникает мгновенное гамма-излуче1ще. Для целого ряда элементов наиболее интенсивные линии гамма-излучения радиациоиного захвата приурочены к определенным интервалам энергий. У таких элементов, как ртуть, никель, железо, хром, кадмий наиболее интенсивное гаммаизлучение; имеет энергию 3-9 Мэв. В связи с этим регистрация гамма-излучения высоких энергий (более 3 Мзв) позволяет в значительной мере избавиться от вЯияния радиационного гаммаизлучения водорода (2,3 Мэв) и естественной радиоактивности. Исследованиями установлено, что при определенном времени задержки (примерно 50-150 мксек) увеличение концентрации нейтронопоглощающего элемента в горной породе приводит к практически линейному росту гамма-излучения радиационного захвата нейтронов. С дальнейшим увеличением времени задержки уменьшается интенсивность гамма-излучения с ростом концентра1щи нейтронопоглощающего элемента. Такой характер зависимости интенсивности захватного гаммаизлучения г объясняется по-видимому особенностями энергетического состава нейтронного излучения при разном времени зайержки после импульса. Так, понижение интенсивности захватного гамма-излучения при большем времени задержки связано, вероятно, с резким уменьшением плотности потока тепловых нейтронов. При времени задержки большем времени жизни тепловых нейтронов в среде без определяемого элемента с увеличением . кондёнтрации элемента уменьшается плотность notoj a TieimbBbCC нейтронов. Таким образом,, отнсншйние ин1гейсивности гамма-излучения, радиационного захвата -тепловых нейтронов ,}ри времени задержки после импульса 0,1-0,5 времени жизни тепловых нейтронов к плотности потока тепловых нейтронов при времени задержки после импульса, большем времени жизни тепловых нейтронов, резко возрастает с увеличе нием концентрации определяемого элемента в горной породе. Последовательность операции по предложенному способу следующая. По результатам исследований на моделях определяют оптимальное время задержки после нейтронного импульса при измерении интенсивности гамма-излуче ния радиационного захвата,ширину временного окн диапазон измеряемых энергий. Затем устанавливают Оптимальное время задержки после нейтронного йвлпульса и ширину временного ркна при иэлюрении плотности потока тепловых нвйтронов.,Далеео.пр еяеляют зависимость отношения этих двух потоков.от концентрации определяемого элемента в «гкваяайвдэс. После этого проводят в скважине измерение интенсивности гамма-излучгния радиационного захвата и плотности потока тепловых нейтронов при выбранных временах задержки и определяют по результатам измерений в скважине концентрацию элемента. В качестве исходного параметра при количественной интерптретации используют отношение интенсивности гамма-излучения и плотности потока тепловых нейтронов. В таблице приведены данные о зависимости интеноивности радиационного гамма-излучения J (время задержки t ЮОмксек, ишртна временного окна 50 мксек,интервал энергий 3-5 Мэв) и плотность потока тепловых нейтронов N (время задержки 800 мк сек, ширина временного окна 200 мксек) от концентрации ртути в горной породе. Таблица получена на основании измерений на ртутш.к моделях с опытным образцом генератора нейтронов (выход 1«10 , диаметр скнажинного прибора 70 мм, детектор гамма-квантовМа (Те), детектор нейтронов счетчика СНМ-16) и на основании математического моделирования (метод Монге-Карло). Из таблицы видно, что отношение J/Kl обладает существенно большей чувствительностью к изменению концентрации определяемого элемента, чем J и N. Исследования показали, что при определении концентрации ртути вскважинах типа Хайдарканского мееторолсДенй..целесообразно использовать генератор (энйр1(я 14 Мэв, выход нейтронов 10 нейтрой7«ёк д скважинного прибора 40 мм длшй зЬййа,2()-50 см). Выход 5 X iO нейтр0н/секобе6печ1 вает достаточную статистическую тонностк из1иереник.. Первое время задержкилосле натронного импульса 50 - 100 мксек при цщрийв ременного окна 50 мксек, второе время задержки 500-800 мксек при ширине окна 50-200 мксек. Энергетический интервал регистрируемого гамма- излучения 3-5 Мэв. Детекторы -NaJ(Te) и гелиевый счетчик нейтронов, измерители - ампди1удньй и временный анализа:ц р. Йредложейвый . по еояяет исключить влияни та )5яьшты йзмерейий нестабильности вьрсода ш)1с11ка фй:г|), дос1и15а1 № сущбсгтвеивда уменьшить влияние -i epeMeHHoft влажности среда 1 при анализе ртутных руд S естественном залегании и влияние переменного дваиетра осважины на показания метода. Таким образом, предложенный способ по .сравнению с известным позволяет существенно повысить чувствительность определения концентраций ртути, никеля, железа и других элементов.

Формула изобретения Способ определения концентрации элементов при каротаже скважин, основанный на облучении горной породы импульсным потоком нейтронов и измерении излучения в промежутках времени между импульсами, отличающийся тем,чю, целью увеличения чувствительности определения элементов, обладающих аномальным сечением радиационного захвата медде1йп 1х нейтронов, измеряют интенсивность гамма-излучения радиациониого захвата нейтронов nfw времени задержки 0,1-0,5 времени жизни тепловых нейтронов в среде определяемого элемента, при котором с увеличением концентрации анализнрз мого элемента максимально- увеличивается интеншвностъ гаммаизлучения и плотность потока медленных жйтронов при времени задержки, большем времени жиэда тепловых нейтронов в среде без определяемого элемента, и по отноишиию измеренных величин судят о концентращт элемента.