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.