2.5 Гамма-метод

Во всех горных породах в небольших количествах присутствуют радиоактивные элементы. Содержание радиоактивных элементов в различных горных породах, а следовательно, и интенсивность испус­каемых ими ядерных излучений различны. Поэтому, регистрируя их, можно судить о типе горных пород, пройденных скважиной. Метод исследования геологического разреза скважин, основанный на реги­страции излучений, испускаемых естественно радиоактивными эле­ментами горных пород, носит название метода естественной радиоактивности. Поскольку обычно альфа- и бета-лучи, име­ющие малый пробег в веществе полностью поглощаются буровым ра­створом и корпусом скважинного снаряда, а индикатора достигают лишь гамма-лучи, этот метод называют также гамма-методом и со­кращенно обозначают ГМ.

При исследовании гамма-методом в скважину опускают прибор, который содержит детектор гамма-излучения и электронную схему служащую для питания индикатора, усиления его сигналов и передачи их через кабель на поверхность. Часто используют мно­гоканальные приборы, регистрирующие одновременно диаграммы гамма-метода и нейтронного гамма-метода. Точка записи ГМ совпа­дает с серединой детектора.

При разработке ряда нефтяных и газовых месторождений обна­ружено резкое повышение радиоактивности некоторых продуктив­ных пластов при их обводнении. Этот эффект, названный радиогео-химическим, широко используется при контроле разработки место­рождений.

2.6 Гамма-гамма-метод

В гамма-гамма-методе (ГГМ) горная порода облучается источни­ком гамма-квантов и регистрируется интенсивность гамма-излуче­ния, достигающего индикатора излучения, расположенного на неко­тором расстоянии от источника.

Это расстояние называется длиной зонда I. Точку записи однозондового ГГМ относят к середине между центрами источника и детектора, двухзондового ГГМ — к середине между центрами детекторов. Фильтр из тяжелого металла (Fe, Pb, W и др.), установленный между источником и индикатором, практически полностью поглощает прямое гамма-излучение источника. Поэтому измеряемое в этом методе гамма-излуче¬ние почти полностью состоит из излучения источника, претерпевшего хотя бы одно рассеяние на атомах среды, окружающей источник. Отсюда и название метода.

Когда гамма-кванты большой энергии (порядка 1 МэВ), вы­летающие из источника, претерпевают несколько актов рассеяния и значительно уменьшают свою энергию, они поглощаются в резуль­тате фотоэффекта. Поскольку взаимодействие гамма-кванта с веще­ством является случайным процессом, разные кванты до своего по­глощения успевают пройти различное расстояние от источника. Он убывает с расстоянием тем быстрее, чем больше коэффициент ослабления ц, т. е. чем выше плотность среды и кон­центрация тяжелых элементов в ней. Вследствие этого поток гамма- квантов у детектора, располагаемого на относительно большом рас­стоянии от источника (более 15 — 20 см), уменьшается с увеличени­ем плотности горной породы и концентрации в ней тяжелых элементов. Степень влияния последнего фактора на показания ГГМ можно менять путем выбора начальной энергии гамма-квантов (вы­бором источника) и энергии квантов, преимущественно регистриру­емых индикатором (выбором индикатора). В соответствии с этим су­ществуют две модификации ГГМ: плотностной гамма-гамма-метод (ГГМ-П) и селективный (ГГМ-С).

В плотностной модификации ГГМ применяется ис­точник гамма-квантов относительно большой энергии, чаще всего ⁶⁰Со, испускающий кванты с энергией 1,17 и 1,33 МэВ. Детектор гам­ма-излучения размещается в толстом корпусе из тяжелого металла (железо), почти полностью поглощающем кванты с энергией меньше 0,15 — 0,2 МэВ. В результате в основном регистрируется гамма-из­лучение с энергией более 0,2 МэВ, а на интенсивность таких гамма- квантов не оказывает заметного влияния фотоэлектрическое погло­щение, а следовательно, и химический состав среды; показания ме­тода определяются комптоновским рассеянием и зависят лишь от плотности среды, окружающей скважинный прибор: чем больше плотность среды, тем меньше показания ГГМ-П. Размер зонда при ГГМ-П обычно 20 — 40 см.

При селективной модификации ГГМ применяют источ­ники мягкого гамма-излучения (менее 0,3—0,4 МэВ, например, ра­диоактивный селен-75, излучающий кванты с энергией 0,138 и 0,268 МэВ, ртуть-203 с энергией квантов 0,279 МэВ и др.). Детектор при ГГМ-С настраивается на регистрацию еще более мягкого гамма- излучения. Показания ГГМ-С зависят как от рассеяния гамма-кван­тов (следовательно, от плотности среды), так и в особенности от их поглощения, которое в основном определяется концентрацией в по­роде тяжелых элементов. В результате наиболее сильное влияние на показания ГГМ-С оказывают присутствующие в горной породе тяжелые элементы: чем больше содержание последних, тем меньше показания метода. Размер зонда при ГГМ-С обычно 10 — 20 см.