Способ радиоактивного каротажа Советский патент 1978 года по МПК G01V5/00 

Изобретение относится к способам иромыслово-геофизического исследования углеразведочных скважин, наиример, с помощью рассеянного гамма-излучения с целью оиределения мощности, строения и зольности угольного пласта.

Известен способ радиоактивного каротажа, предназначенный для определения зольности углей, заключающийся в том, что регистрируют гамма-излучение радиационного захвата тепловых нейтронов в области энергий свыше 5 Мэв, измеряют отношение этой спектральной интенсивности к общей интегральной интенсивности гамма-излучения радиационного захвата (или к общей интенсивности вторичного нейтронного излучения) и по величине полученного отношения судят о зольности угольного иласта.

Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет определять одновременно и структуру и зольность угольных пластов из-за большой глубинности проникновения нейтронов в породу, поэтому способ пригоден только для исследования мощных угольных пластов простого строения. Кроме того, из-за малой величины (около двух) а.мплитуды аномалии (из.менения отношения интенсивностей) при переходе от вмещающих пород к беззольному углю требуется существенное увеличение

регистрируемых интенсивностей для повышения точности отсчета зольности за счет снижения статистической погрешности.

Цель изобретения - повышение точности одновременного определения структуры и зольности угольных пластов.

Для этого, согласно предложенному способу, используют рассеянное гамма-излучение искусственного источника гамма-квантов. В спектре рассеянного гамма-излучения выбирают спектральную область, в которой наблюдается максимальное увеличение спектральной интенсивности при переходе от пород среднего атомного номера к углю, и по величине регистрируемой в этой области спектральной интенсивности определяют строение и зольность угольных пластов.

Нри использовании спектрометрической аппаратуры для реализации предложенного способа регистрируют спектральную интенсивность рассеянного гамма-излучения в области 40 - 60 кэВ, при использовании интегральной аппаратуры используют источник гамма-излучения энергией менее 60 кэВ и детектор гаммаизлучения, обладающий максимальной спектральной эффективностью в области энергий гамма-квантов менее 60 кэВ. Сущность предложенного способа поясняется фиг. 1, на которой показаны модельные спектры рассеянного гамма-излучения, а также зольность (°/о) исследуемых углей. Спектр нолучен для источника таллий- 204 при длине зонда 10 см. Ширина измерительного канала при снятии спектра была равна 10 кэВ. Из приведенных графиков видно, что амплитуда аномалии (пунктирная кривая) для спектральной интенсивности при переходе от вмещаюuj.Hx пород (А 100%) к беззольному углю (А 12) незначительно отличается от единицы при Е 100 кэВ, но резко возрастает в области малых энергий, где имеет место отчетливо выраженный максимум при энергил около 50 кэВ. При этом абсолютная величина амплитуды аномалии равна 10. Такое большое увеличение регистрируемой спектральной интенсивности позволяет повысить точность отсчета зольности углей. Кроме того, большая величина амплитуды аномалии позволяет существенно уменьшить влияние такого мешающего фактора, как незакономерные изменения плотности углей. В рассматриваемом случае доля плотностного эффекта составляет менее в обшей величине амплитуды аномалии, поэтому реальные изменения плотности угля постояпной зольности не могут привести к-погрешностям отсчета золы более 1% . Указанные аномальные эффекты достигаются уже нри длине измерительного зонда 10 см, поэтому при практической реализации способа одновременно с вычислением зольности возможно определение мощности и структуры угольного пласта с точностью порядка ±2 см. Максимальное значение амплитуды аномалии для спектральной интенсивности 40 - 60 кэВ при переходе от породы к углю наблюдается для любых энергий первичных гаммаквантов. Однако в условиях равных длин изрительного зонда для источников, испускающих гамма-кванты больших энергий, абсолютная величина амплитуды аномалии в максимуме уменьшается. Это отчетливо видно из графиков на фиг. 2, где в качестве источника первичных гамма-квантов используется селен- 75 (основные линии гамма-излучения 138 кэВ, 268 кэВ, 405 кэВ). Увеличение средней энергии первичного излучения более чем в два раза привело к уменьщению на 40% амплитуды аномалии в максимуме. Увеличение зольности углей также приводит к уменьшению максимального значения амплитуды аномалии, при этом положение максимума сохраняется практически неизменным На основе указанных закономерностей можно предложить два варианта практической реализации предложенного способа. При использовании скважинной спектрометрической аппаратуры выбирают необходимую длину измерительного зонда и независимо от типа источника регистрируют спектральную интенсивность в области 40- 60 кэВ. Результаты практической реализации этого варианта измерений приведены на фиг. 3. При работах использовался источник селен- 75, зонд длиной 10 см и скважинный спектрометр. Сопоставление данных кернового опробования (графа а) и величины зольности, вычисленной предложенным способом (графа д), показывает высокую точность и объективность нового способа. При использовании скважипной аппаратуры интегрального типа необходимо максимально ослабить влияние плотностного эффекта, для чего применяют источники излучения с энергией, лежащей в области максимального значения амплитуды аномалии, или несколько ниже, и детекторы, обладающие максимальной спектральной эффективностью в этой же области энергий. Результаты практической реализации этого варианта измерений приведены на фиг. 4. Работы проводились при длине зонда 10 см, источнике тулий- 170 (основные линии 51 кэВ и 82 кэВ) и детекторе в газоразрядном счетчике типа МС (максимум спектральной эффективности находится при энергии гамма-квантов 25 кэВ). Аналогичные результаты могут быть получены при сцинтилляционном детекторе Na J (Те) толщиной 0,5 - 2 мм (максимум спектральной эффективности лежит в области 20 - 40 кэВ). Из графиков на фиг. 4 видно, что при указанных условиях регистрации предложенный способ измерений обладает необходимой точностью и детальностью. Формула изобретения 1.Способ радиоактивного каротажа, заключающийся в регистрации рассеянного гам.маизлучения искусственного источника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения структуры и зольности угольных пластов, выбирают спектральную область в спектре рассеянного гамма-излучения, в которой наблюдается максимальное увеличение спектральной интенсивности при переходе от пород среднего атомного номера к углю, и по величине регистрируемой в этой области спектральной интенсивности определяют строение и зольность угольных пластов. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью использования спектрометрической аппаратуры для реализации способа, регистрируют спектральную интенсивность рассеянного гамма-излучения в области 40 - 60 кэВ. 3.Способ по п. 2, отличающийся тем, что, с целью использования аппаратуры интегрального типа для реализации способа, используют источник гамма-излучения энергией менее 60 кэВ и детектор гамма-излучения с максимальной спектральной эффективностью в этой же области энергий гамма-квантов.

v

unnlnuH

20

П

180 кэб

75

Se

180 кэб

НО 60Ac,°lo100 60 Olycfi.ed.