Лабораторна робота № 4 Визначення ефективності застосування нейтронних методів дослідження свердловин шляхом розрахунку нейтронних характеристик пластів.
4.1 Мета роботи
Вивчити методику визначення нейтронних характеристик гірських порід. Навчитись використовувати результати розрахунків для вибору методів та методик дослідження свердловин,а також інтерпретації результатів досліджень.
4.2 Завдання
1.Розрахувати макроскопічні перетини розсіювання та поглинання нейтронів для гірських порід заданого хімічного складу.
2. Оцінити ефективність застосування нейтронних методів дослідження для виділення даних гірських порід.
4.3. Теоретичні відомості
Нейтронні методи дослідження базуються на вивченні процесів взаємодії нейтронів,отриманих за допомогою нейтронних джерел, з речовинами, що складають навколишнє середовище.
Нейтрони, якелектрично нейтральні частинки не взаємодіють з електричними зарядами електронів та ядер, щозумовлює їх велику проникну здатність. При розповсюдженні нейтронів у навколишньому середовищі відбувається їх взаємодія з ядрами його хімічних елементів, яка в основному полягає в розсіюванні швидких (з енергією Е > 0,1 МеВ), проміжних (10 еВ < Е < 0,1 МеВ) і надтеплових (10 еВ < Е < 0,1 еВ) та поглинанні теплових (Е = 0,025 еВ) нейтронів.
Суть процесу розсіювання полягає в зміні напрямку руху і зменшенні кінетичної енергії нейтронів при їх зіткненні з ядрами елементів. При пружному розсіюванні відбувається перерозподіл енергії між нейтроном і ядром у відповідності з їхніми масами і кутом розсіювання по принципу зіткнення пружних куль. До маси нейтрона найближча маса ядра водню, тому водень сильніше за інші елементи сповільнює нейтрони.
Швидкі нейтрони в гірських породах порівняно швидко (за 10-4–10-5с) втрачають свою енергію внаслідок пружних і частково непружних зіткнень і перетворюються в теплові, які поглинаються ядрами елементів. Аномально висока серед всіх елементів здатність радіаційного захоплення теплових нейтронів властива хлору, який звичайно присутній в солях пластових вод.
Імовірність тієї чи іншої реакції взаємодії нейтронів з речовиною кількісно характеризується нейтронним ефективним перетином даної реакції. Ефективні перетини розсіювання та поглинання для одного ядра називаються мікроскопічними перетинами розсіювання σр і поглинання σп елементу і вимірюються в барнах (1 барн = 10-24см2/ядро). Здатність порід розсіювати та поглинати нейтрони оцінюється макроскопічними перетинами розсіювання Σр та поглинання Σп, що складається відповідно з σр та σп усіх ядер, що містяться в 1 м3 породи. Одиниця виміру Σр і Σп.
Для розрахунку макроскопічних ефективних перетинів мінералів моноелементного складу застосовується наступне співвідношення;
(4.1)
деΣjіσj - відповідно макро- і мікроскопічний перетин j-ої ядерної реакції для даного елементу;
δ і А - відповідно густина та відносна атомна маса елементу;
NA - стала Авогадро, що дорівнює 6.023*1023.
Розрахунок для гірських порід, котрі, як правило, складаються з багатьох хімічних елементів, проводиться за формулою:
(4.2)
' де σij - мікроскопічний перетин j-ої ядерної реакції для і-го елементу;
Рі і Аі - процентний вміст і відносна атомна маса і-го елементу породи.
4.4 Порядок виконання роботи
В таблиці 4.1 наведені нейтронні константи для ядер (молекул) хімічних елементів (окислів), що складають гірські породи, а також їх відносні атомні (молекулярні) маси. В таблицях 4.2 і 4.3 наведено хімічний склад відповідно досліджуваних та навколишніх пластів.
Використовуючи дані, наведені в таблицях, необхідно визначити макроскопічні перетини розсіювання та поглинання нейтронів для досліджуваних та навколишніх пластів даного хімічного складу (по варіантах).
Зробити висновок про можливість застосування нейтронних методів дослідження для виділення даних пластів (із врахуванням їх хімічного складу).
Таблиця 4.1- Нейтронні константи елементів та окислів
Елемент (окисел) |
Відносна атомна (молекулярна) маса |
Мікроскопічний перетин, барн |
|
σр |
σп |
||
H Li B C J Na Mg Al Si P S Cl K Ca Mn Fe Ag Cd In Gd Au Hg Al2O3 CO2 CaO Fe2O3 FeO H2O K2O MgO MnO2 P2O5 SiO2 TiO2 Na2O |
1 7 11 12 16 23 24 26 28 30 32 35 39 40 55 56 108 112 115 157 197 201 101.9 44.01 56.08 159.7 71.85 18.02 78.2 40.32 70.93 142 60.06 79.9 61.99 |
38 1.4 4 4.8 4.2 4 3.6 1.4 1.7 5 1.1 16 1.5 3.2 2.3 11 3.6 7 2.2 - 9.3 20 15.4 13.2 13.2 34.6 15.2 44.92 7.2 7.8 6.5 42 10.1 14.4 12.2 |
0.328 70 758 0.00378 0.0002 0.515 0.063 0.241 0.14 0.2 0.52 33.8 2.07 0.44 13.2 2.62 62.5 2537 194 46000 98.6 365 0.43 0,0049 0,43 4,86 2,43 0,66 3,94 0,059 12,6 0,38 0,13 5,6 1 |
Таблиця 4.2-Хімічний склад досліджуваних пластів
№ варіанту |
SiO2 % |
Al2O3 % |
Fe2O3 % |
FeO % |
TiO2 % |
MnO2 % |
P2O5 % |
C % |
MgO % |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||||
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
3.5 7.2 6,6 22 9,5 25,3 25,5 28 10,8 15,3 15,3 10,8 15,3 15,3 10,8 8,7 5,3 - 16,7 15,3 33 12,4 2,7 8,7 25,5 16,4 3 8,7 9,5 18,3 |
- 12 - - 5,3 2,5 - - 45,2 - 54,5 - 2,5 - - 2,7 2,5 16 5,9 3,5 5,2 7,2 - 2,3 - 35,9 6,2 - - 2,7 |
3.9 2.4 6,6 14,3 9 - 25,3 2,7 - 2,5 2,5 - - 2,5 - 2,3 - 5,5 - - 40,6 5,6 - - 2,5 5,9 64,2 - - - |
7.8 5.6 - - 2,2 - 12,5 - 2,7 54,5 3,3 45,2 - - 2,7 - - 5,9 4,8 - 7 2,6 10,8 - - 12,8 2,8 60,2 13,4 - |
- - 44,6 19,8 50 - 10,2 35,2 - - - 2,7 - 6 12,3 - - - 54,5 - - - 18 2,7 - - 6 2,7 9,5 - |
14 13.8 11,8 5,8 9,5 34,5 5,8 10,8 18 2,8 5,9 12,3 64,5 2,8 8 46,8 12,8 - 2,5 44,8 6,8 18,7 22,3 20,8 13,1 - - 12,3 48,9 52,3 |
41.6 18.7 17,8 31,8 13,4 12,8 6,2 12,3 12,3 - 2,5 18 2,8 64,5 2,3 11,7 5,9 2,8 - 13,5 3,9 13,8 35,2 12,3 6,6 3,5 2,5 2,5 2,2 14,8 |
5.2 9.8 8,8 3,7 - 5,9 3 8,7 8,7 5,9 16 2,3 5,9 6,2 55,2 17 57,5 54,5 - 6,9 - 9,8 2,3 18 34,5 - - 7,8 9 5,9 |
24 30.5 3,8 2,6 1,1 19 11,5 2,3 2,3 19 - 8,7 9 3 8,7 10,8 16 15,3 15,6 16 3,5 29,9 8,7 35,2 17,8 25,5 15,3 5,8 5,3 6 |
||||
Густина породи – 2,35 г/см3
Густина породи – 2,21 г/см3
4.5 Контрольні запитання.
1. Взаємодія нейтронів з речовинами. Фізична суть процесів.
2. Параметри, що характеризують імовірність ядерних реакцій, одиниці їх виміру, інтервал зміни значень.
3. Елементи з аномальними мікроскопічними перетинами розсіювання та поглинання нейтронів.
4. Основні залежності для визначення перетинів розсіювання та поглинання нейтронів.
4.6 Література.
1. Добринин В.'М. .Вендельвтейн Б.Ю..Кожевников Д.А. Петрофи-зика.-М..Недра, 1991.
2. Кобранова В.Н. Петрофизика.- П.,Недра, 1986.
3. Кобранова В.Н..Извеков Б.И. и др. Определениепетрофизичес-ких характеристик по обзразцам.- М., Недра, 1977.