136 Trở lại với phơng trình (5.8) ta có nhận xét hệ số hấp thụ tia gamma của môi trờng hay hệ số tắt dần là tổng các hệ số tắt dần tuyến tính của các qúa trình hấp thụ quang điện, tán xạ compton và tạo cặp. Để thuận tiện trong nghiên cứu môi trờng vật chất ở các trạng thái rắn, ta dùng một hệ số cơ bản hơn - hệ số hấp thụ khối ( à m ). Hệ số hấp thụ khối là tỷ số của hệ số tắt dần à chia cho mật độ khối b của môi trờng (à m = à/ b ). Hệ số hấp thụ khối cuả một chất giảm khi năng lợng của lợng tử gamma tăng. Với cùng một mức năng lợng của tia tới, hệ số hấp thụ khối của các vật chất khác nhau có giá trị gần xấp xỉ nhau. Đây là điểm rất quan trọng và là cơ sở vật lý của các phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan. Phơng trình vừa nêu có thể đợc viết: () )22.5( x o b b eII à = hay x o bm eII à = Lấy logarit (5.22) ta có: )23.5(lnln xII bmo à = Ta dễ dàng nhận thấy: Nếu cờng độ bức xạ của nguồn I o và hệ số à m không đổi, khoảng cách x từ nguồn đến detector là cố định thì giá trị cờng độ phóng xạ gamma tán xạ I đo đợc sẽ là hàm số chỉ phụ thuộc vào mật độ khối b của môi trờng. Từ đó ta có thể tìm đợc một phơng trình thực nghiệm biểu thị mối liên hệ khá chặt chẽ giữa cờng độ gamma tán xạ với mật độ khối b của đất đá ở thành giếng khoan. Trong trờng hợp năng lợng của các tia gamma đủ lớn, hiệu ứng compton sẽ trội hơn thì mối quan hệ hàm số I = f( b ) càng chặt chẽ và do đó ngời ta gọi phép đo gamma tán xạ này là phơng pháp gamma tán xạ mật độ (Formation Density - FDC (Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton)). Ngợc lại, nếu dùng nguồn phóng xạ gamma có năng lợng thấp, hiệu ứng hấp thụ quang điện sẽ chiếm u thế khi tia gamma tơng tác với môi trờng nghiên cứu (Xem hình 5.4). Cờng độ gamma đo đợc I sẽ chủ yếu phụ thuộc vào số electron trong một đơn vị thể tích môi trờng hay tỷ lệ nghịch với số các nguyên tố nặng (Bi, W, Pt, Au, Ag, Pb,) trong môi trờng đó. Dựa vào đặc điểm đó, ta có thể phát hiện ra các đới trong lát cắt chữa các nguyên tố nặng. Phép đo nh vậy trong giếng khoan (dùng nguồn chiếu tia gamma năng lợng thấp) gọi là phơng pháp gamma tán xạ chọn lọc. 137 5.3.3.2. Sơ đồ đo gamma tán xạ trong giếng khoan Hình 5.14 là sơ đồ nguyên tắc khi thực hiện phép đo gamma tán xạ trong giếng khoan. Trong sơ đồ có các khối sau: 1- khối khuyếch đại, 2- bộ lọc bằng dơng bản truyền xạ, 3- Ngăn tích phân, 4- Bộ ghi, 5- khối nguồn nuôi, 6- khuyếch đại sơ bộ, 7- bộ cao áp, 8- detector, 9- Rnh cửa sỏ, 10- màn chì, 11- nguồn phóng xạ gamma, 12- cáp, 13- thanh đè áp sờn. + Nguồn phóng xạ gamma trong các phép đo gamma tán xạ là các nguồn hoá học: - 60 Co: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng 1,17MeV đến 1,33MeV. - 137 Cs: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng khoảng 0,622MeV. - 75 Se: đồng vị phát xạ các lợng tử gamma có năng lợng trung bình khoảng 0,268MeV. + Detector thờng là loại nhân quang điện dùng tinh thể NaI(Tl). + Máy giếng (Zond) cấu tạo đặc biệt nhằm loại bỏ tối đa các ảnh hởng của môi trờng xung quanh. - Các khối nguồn và khối đo của máy giếng đợc lắp đặt trong một ống trụ bằng hợp kim nhẹ có đờng kính nhỏ hơn đờng kính danh định của giếng khoan. - á p sờn nhờ một hệ lò so và cánh tay gạt. - Detector và nguồn phóng xạ đợc đặt trong màn chì có các khe rnh hớng tới thành giếng khoan ở phía áp sờn nhằm tăng độ nhạy của kết quả đo với mật độ của đất đá (nếu là đo tán xạ mật độ). - Điểm đo đợc tính cho điểm O, nằm chính giữa nguồn và detector. - Khoảng cách từ nguồn đến detector là chiều dài L của Zond đo gamma tán xạ. Khi Zond đo định hớng đợc áp sờn ảnh hởng của dung dịch khoan và lớp vỏ sét lên kết quả đo là nhỏ nhất và nh nhau ở mọi điểm đo trong giếng khoan. H ình 5.14. Sơ đồ nguyên tắc đo Gamma tán xạ định hớn g 1 - Khuyếch đại 2 - Chuẩn xung 3 - Ngăn tích phân 4 - Bộ ghi 5 - Nguồn nuôi 6 - Khuyếch đại sơ bộ 7 - Bộ cao áp 8 - Detector 9 - Rãnh định hớng 10 - Màn chì 11- Nguồn phóng xạ 12 - Cáp 13 - Lò so ép sờn 138 Trong các trờng hợp giếng khoan có đờng kính nhỏ, ít bị sập lở thì không nhất thiết phải sử dụng các máy giếng có áp sờn và đo định hớng. Phép đo hớng về mọi phía nh nhau. Detector có thể dùng loại ống đếm tỷ lệ. Màn chì là dĩa bằng chì đặt gần nguồn phóng xạ hơn. Cách đo nh vậy, mọi kết quả ghi đợc đều mang tính biểu kiến, chỉ nên sử dụng trong phân tích nhanh và phân tích định tính. Muốn dùng phân tích định lợng thì cần có các phép hiệu chỉnh tơng ứng. Khi thiết kế máy giếng cho việc nghiên cứu một đối tợng cụ thể, các thông số của máy giếng (chiều dài L , chiều dày và hình dáng màn chắn, kích thớc và hớng góc nhìn của các rnh cửa sổ từ nguồn và vào detector,) cần đợc lựa chọn để có kết quả đo tốt nhất. Trong các phép đo gamma tán xạ ở giếng khoan, chiều dài L của Zond đo thờng đợc chọn bằng một khoảng cách đủ lớn để tránh vùng mù, nghĩa là vùng ở đó giá trị phép đo không nhạy với sự thay đổi mật độ hay hàm lợng các nguyên tố nặng trong môi trờng nghiên cứu. 5.3.3.3. Phép đo gamma tán xạ mật độ bù (kép) Các Zond đo gamma tán xạ mật độ dùng một detector có một số nhợc điểm: chịu ảnh hởng của vỏ sét, độ nhẵn của thành giếng khoan, Để khắc phục các nhợc điểm đó ngời ta dùng Zond đo có hai detector. Một ở gần, một ở xa hơn (Hình 5.15). Biến thể của phép đo gamma tán xạ mật độ nh vậy, Schlumberger gọi là phơng pháp gamma tán xạ mật độ bù (kép) (FDC). Detector gần nguồn có chiều sâu nghiên cứu nhỏ, chủ yếu đo phần các gamma tán xạ trong lớp vỏ sét và phản ánh mức độ nhẵn của thành giếng. Giá trị đo từ detector này dùng để tính hiệu chỉnh ảnh hởng của vỏ sét. Hình 5.16 là biểu diễn giao hội giữa hai số đếm của các detector xa và gần để tính lợng hiệu chỉnh mật độ. Vỏ sét Đất đá ( b ) Vùng nghiên cứu của detector xa Vùng nghiên cứu của detector gần N g uồn H ình 5.15. Sơ đồ đo Gamma tán xạ bù Vỏ sét có ph ụ gia Barit Vỏ sét khôn g có phụ gia Barit H ình 5.16.Sơ đồ biểu diễn các ảnh hởng của vỏ sét (theo Schlumberger) 139 Trên hình vẽ ta thấy với một giá trị mật độ khối b cho trớc, số đếm của hai detector khi giao hội sẽ rơi vào các điểm trên một đờng cong trung bình và không đổi với mọi giá trị mật độ và chiều dày của vỏ sét. Dựa vào tập hợp các đờng cong trung bình này có thể xác định đợc giá trị hiệu chỉnh b . Máy ghi trên mặt đất sẽ tự động ghi giá trị b và b cùng chiều sâu. Trên hình 5.16 - trục đứng là giá trị số đếm của detector xa, trục ngang là số đếm của detector gần. Các điểm nằm bên trái đờng thẳng chéo là trờng hợp dung dịch nặng (có phụ gia barit), bên phải là trờng hợp dung dịch thờng. Kết quả đo tính b mới chỉ là biểu kiến. Căn cứ vào vị trí của điểm giao hội bởi cặp số đếm từ các detector xa và gần ta tính giá trị b dựa trên phép nội suy theo lới các đờng cong có sẵn trên bản chuẩn. Các phép tính này đợc thực hiện tự động và vẽ hai đờng cong b và b trên cùng băng ghi. 5.3.3.4. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải của các Zond đo gamma tán xạ mật độ Chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào mật độ khối của đất đá ở thành giếng khoan. Mật độ càng cao thì chiều sâu nghiên cứu của phép đo càng giảm. Trong các thành hệ có lỗ rỗng và thấm tốt, chiều sâu nghiên cứu của các thiết bị hiện nay không quá 6 inch ( 15cm), nghĩa là trong vùng đới ngấm ở thành giếng. Khả năng phân giải lát cắt của các thiết bị đo gamma tán xạ mật độ phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến detector. Đối với các Zond có một detector (FDL), khoảng cách này là 16 inch (0,4m), còn các Zond có hai detector (FDC) thì khoảng cách giữa các detector là 10inch (0,25m). Điểm đo của Zond gamma tán xạ mật độ là điểm giữa nguồn và detector (cho trờng hợp FDL) hoặc điểm giữa hai detector gần và xa (FDC). 5.3.3.5. Chuẩn khắc độ các máy đo gamma tán xạ Các máy đo phóng xạ hạt nhân nói chung và đo gamma tán xạ nói riêng đều cần đợc chuẩn để định giá trị cho số đo xung/phút hoặc xung/giây, cps theo đơn vị lỗ rỗng (p.u) hay đơn vị mật độ tơng ứng. Có hai mức chuẩn khắc độ: Chuẩn định kỳ (hay chuẩn đầy đủ) thực hiện tại phòng thí nghiệm có các mô hình chuẩn và của chuẩn trớc và sau mỗi hiệp đo tại giếng khoan. Chuẩn khắc độ gồm 3 bớc sau: - Kết quả chuẩn lấy theo số đọc khi đo trong đá vôi sạch bo hoà nớc ngọt đ biết trớc mật độ và độ rỗng. - Lấy số đo chuẩn trong một khối nhôm so với thành hệ đá vôi ở phòng thí nghiệm. 140 - Kiểm tra các số đo chuẩn tại hiện trờng của một Zond đo so với số đo cùng bằng chính Zond đó trong khối nhôm. Việc kiểm tra nh vậy đợc tiến hành trớc và sau mỗi hiệp đo. Các máy đo bù kép có hai detector. Việc kiểm tra thực hiện bằng cách lấy tỷ số giữa số đếm của các detector gần và xa. Trong cùng một điều kiện môi trờng, tỷ số này trớc và sau khi đo phải không đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Mỗi công ty dịch vụ đều có cách xây dựng bản chuẩn riêng để quy đổi từ số đo tốc độ đếm ra đơn vị rỗng hoặc đơn vị mật độ. Việc tính toán và biểu diễn kết quả đo gamma tán xạ mật độ thờng đợc tiến hành tự động. Các số đếm xung/phút hoặc xung/giây dựa theo các tham số chuẩn máy mà chuyển đổi sang giá trị mật độ (g/cm 3 ) hoặc D (%) và vẽ thành đờng cong liên tục theo chiều sâu giếng khoan. Bên cạnh đờng ghi (g/cm 3 ), các biểu đồ đo bù gamma tán xạ mật độ bao giờ cũng có biểu đồ ghi giá trị hiệu chỉnh . Đờng biểu diễn này thể hiện sự thay đổi chiều dày và thành phần của lớp vỏ sét và độ nhẵn của thành giếng khoan. Trờng hợp đo gamma tán xạ bằng Zond đo có một detector thì giá trị biểu diễn là xung/phút hay xung/giây. Biểu đồ đo nh vậy chỉ có giá trị định tính hơn là định lợng. Đi kèm các đờng cong (g/cm 3 ), (g/cm 3 ), D (%) thờng có các đờng GR và CAL (đờng kính giếng) (Hình 5.17). 5.3.3.5. Phạm vi ứng dụng của phơng pháp gamma tán xạ mật độ Các phơng pháp FDC và FDL đợc sử dụng rộng ri để nghiên cứu các giếng khoan thăm dò dầu khí , than và quặng khác nhau. H ình 5.17. Ví dụ của phép đo Gamma tán xạ mật độ có hiệu chỉnh tự động 141 ứ ng dụng quan trọng nhất của phơng pháp gamma tán xạ mật độ là xác định độ rỗng của đá chứa bởi tham số này có liên hệ chặt chẽ với mật độ khối và mật độ electron. Trong môi trờng có lỗ rỗng, mật độ khối b có quan hệ với thành phần khoáng vật tạo đá theo hiệu ứng cộng: ( ) )24.5(1 mafb + = Trong đó: mfxohhrf SS + = = n manma n V 1 1 = + xohr SS =+ n n V 1 1 Với f , ma , mf lần lợt là mật độ của chất lu, khung đá và dung dịch filtrat. S xo , S hr lần lợt là độ bo hoà của nớc và dầu sót trong đới rửa. V n và n ma là tỷ phần thể tích và mật độ của khoáng vật thứ n trong đá. Từ công thức (5.24) ta có: )25.5( mfma bma = Độ rỗng tính theo công thức (5.25) là độ rỗng tính theo phơng pháp gamma tán xạ mật độ và ký hiệu là D . Trong đá cát kết chứa hàm lợng sét V Sh < 0,3 ta có thể tính quan hệ giữa D với độ rỗng hiệu dụng ef nh sau: ( ) )26.5(1 DShShmaShefD VV + + = Nhng vì ma rất nhỏ và lấy bằng không ( ma = 0) và ta có thể viết (5.26) đơn giản hơn và chuyển vế: )27.5( DShShDef V = Trong đó, DSh là độ rỗng của sét đo đợc ở vỉa thuần sét bên cạnh, thờng giá trị này khoảng 0,12 (đơn vị đá vôi). Tỷ phần thể tích của sét trong đá có thể tính theo GR hoặc SP. 142 Ví dụ: Theo biểu đồ ngang vỉa nghiên cứu D =0,22, tính theo GR, V Sh = 0,20. Thay vào (5.27) ta có ef : ef = 0,22 - 0,12 x 0.20 = 0,196 = 19,6%. Giá trị D tính đợc từ phơng pháp gamma tán xạ mật độ đợc sử dụng để phân chia lát cắt thạch học, liên kết chúng theo tuyến các giếng khoan. Ngoài ra, giá trị D còn đợc sử dụng để bổ trợ nâng cao độ chính xác khi phân tích tài liệu trọng lực và địa chấn địa tầng. Trong các giếng khoan thăm dò than và các loại quặng đa kim, phơng pháp gamma tán xạ mật độ đợc sử dụng để giải quyết các nhiệm vụ sau: - Xác định các đới quặng hoá. - Tính hàm lợng các nguyên tố nặng trong đá. - Xác định chính xác chiều dày các vỉa than. Khi tổ hợp cùng các phơng pháp khác, phơng pháp gamma tán xạ mật độ có thể giải quyết các nhiệm vụ sau trong kỹ thuật khoan: - Xác định mức ximăng và độ ổn định chất lợng của ximăng. - Xác định vị trí ranh giới tiếp xúc của hai chất lu có tỷ trọng khác nhau. - Xác định đầu nối ống chống và vị trí ống chống bị ăn mòn. Sử dụng phơng pháp gamma tán xạ chọn lọc song song với phơng pháp gamma tán xạ mật độ có thể nhận đợc các thông tin bổ ích khi nghiên cứu các giếng khoan thăm dò các loại quặng sắt, mangan, đồng, niken, coban, wolfram, moliblen và polimetal. 5.3.4. Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma Trong kỹ thuật khoan khai thác dầu khí, tìm kiếm nớc dới đất hay kiểm tra chất lợng các công trình thuỷ công, có lúc ngời ta sử dụng một phơng pháp dựa trên cơ sở đa vào môi trờng nghiên cứu một lợng các đồng vị phóng xạ ngắn ngày rồi đo bức xạ gamma do chúng bắn ra. Phơng pháp đó đợc gọi là phơng pháp đồng vị phóng xạ hay phơng pháp nguyên tử đánh dấu. Phơng pháp đồng vị phóng xạ đợc thực hiện theo trình tự sau: - Đo gamma tự nhiên trong giếng khoan và đánh số là đờng GR 1 . - Thả vào giếng một dung môi có hoạt tính phóng xạ cao (dung dịch, vữa ximăng, nớc) hoặc chất bột (cát, bột). - Rửa giếng một cách thận trọng bằng một dung dịch không có hoạt tính phóng xạ hay nớc l. 143 - Đo đờng cong gamma thứ hai và đánh số GR 2 . So sánh hai đờng GR 1 và GR 2 ta sẽ phát hiện đợc các đoạn giếng có bám các đồng vị phóng xạ liên quan đến các đối tợng cần nghiên cứu trong địa chất hay trong kỹ thuật. Các đồng vị sử dụng để đa vào giếng khoan khi thực hiện phơng pháp nguyên tử đánh dấu đều phải tuân theo một quy định chặt chẽ, bảo đảm an toàn cho ngời và môi trờng. Thờng ngời ta sử dụng các đồng vị có chu kỳ bán r ngắn, năng lợng trung bình của các tia gamma do chúng bắn ra là thấp và khác biệt với năng lợng của các đồng vị gặp trong lát cắt địa chất của giếng khoan. Khi pha trộn và thả đồng vị đánh dấu không đợc vơng vi ra sàn khoan và môi trờng xung quanh. Khi chọn đồng vị để pha trộn dung dịch hoạt tính cần phải tính đến khả năng hấp thụ chúng của các đất đá, ống chống cũng nh vỏ máy giếng. Một số đồng vị có phát xạ gamma sau đây hay đợc dùng để điều chế dung dịch hoạt tính thả vào giếng khoan: 131 I (T=8,05 ngày); 59 Fe (T=45,1 ngày); 65 Zn (T=250 ngày); 95 Zr (T=65 ngày); 60 Co (T=5,2 năm); 110 Ag (T=270 ngày). Các đồng vị này đợc pha trộn trong dung dịch ở nồng độ nhất định. Tránh nồng độ cao, nhng phải bảo đảm cờng độ bức xạ gamma của dung dịch hoạt tính lớn hơn phông từ 10- 20 lần. Liều lợng các đồng vị trong điều chế dung dịch hoạt tính đợc xác định theo công thức sau: )28.5( * C CV V dd = Trong đó: V: Thể tích dung dịch hoạt tính (cm 3 ). V d : Thể tích dung dịch nồng độ thấp cần có (m 3 ). C: Nồng độ thực các đồng vị trong dung dịch hoạt tính (mC i /cm 3 ). C d : Nồng độ thực của dung dịch điều chế (mC i /m 3 ). Nồng độ của các dung dịch thờng dùng thay đổi trong khoảng 0,5 đến 5mC i /m 3 . Máy móc thiết bị đo theo phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma hệt nh của máy móc thiết bị đo gamma tự nhiên GR. Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma đợc dùng để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau trong các giếng khoan trần hoặc có ống chống. 144 - Đối với các giếng khoan trần, phơng pháp này đợc dùng để giải quyết hai nhiệm vụ hay gặp: + Xác định đới mất dung dịch khoan. + Nghiên cứu đặc điểm thấm chứa của đá colector trong lát cắt. Khi giải quyết hai nhiệm vụ nêu trên, ta có thể đa chất lu phóng xạ vào giếng khoan ngay sau khi khoan hoặc có thể khoan giếng bằng dung dịch khoan có trộn đồng vị phóng xạ. Trong trờng hợp thứ nhất: Dới tác dụng của áp lực cột nớc, các chất phóng xạ theo filtrat sẽ thấm vào lỗ rỗng của các lớp đá có độ rỗng và độ thấm tốt. Lớp đá có độ rỗng và độ thấm càng cao thì các đồng vị phóng xạ bám trên thành giếng càng nhiều, chiều dày lớp vỏ sét càng lớn và sẽ tạo nên dị thờng phóng xạ khi đo GR 2 . Tuy nhiên, cần lu ý rằng có trờng hợp lớp vỏ sét đợc hình thành trớc có chiều dày lớn và bám bền vững nên khi rửa để thay dung dịch, vỏ sét vẫn tồn tại và ngăn không cho dung dịch hoạt tính thấm vào thành giếng. Khi đó chính nơi có giá trị GR 2 nhỏ lại là nơi đất đá có độ rỗng và thấm tốt. Trong trờng hợp thứ hai: Khoan giếng bằng dung dịch có trộn đồng vị phóng xạ. Quá trình hình thành lớp vỏ sét trên thành giếng sẽ mang theo các đồng vị bám trên thành giếng. Lợng các đồng vị phóng xạ trong vỏ sét tỷ lệ với chiều dày vỏ sét nên chỉ thị GR 1 đ cho phép xác định chính xác vị trí của các vỉa rỗng và thấm trong lát cắt. Tuy nhiên, bằng cách này sẽ phải tiêu hao một lợng lớn các đồng vị phóng xạ để trộn trong dung dịch khoan. Công thức tính hàm lợng đồng vị phóng xạ trong pha chế dung dịch khoan nh sau: )29.5( 10 = q aq Trong đó: a là hệ số tính đến khả năng hấp thụ của các đồng vị và đẩy chúng, thay đổi từ 2 đến 5. q thay đổi lớn nhất hàm lợng các nguyên tố đồng vị phóng xạ trong các đá của lát cắt giếng khoan. là giá trị độ rỗng trung bình của đá colector. Phơng pháp đồng vị phóng xạ gamma tiến hành thật đơn giản nhng lại có phạm vi ứng dụng rất rộng ri: - Kiểm tra độ kín của ống chống. - Phát hiện các điểm hở bên ngoài ống chống. - Xác định mức độ liên thông ở đoạn đục (đột) thành giếng. 145 - Phát hiện vị trí bắn mở vỉa ngoài ống chống. - Kiểm tra độ kín của paker. - Kiểm tra chiều cao cột ximăng (mức dâng ximăng). - Kiểm tra độ gắn kết ximăng ở áp suất cao. - Kiểm tra khuyết tật của cầu ximăng. - Xác định khả năng tiếp nhận chất lu của các vỉa. - Kiểm tra bơm ép nớc và khí vào vỉa. - Xác định độ chứa của vỉa bằng dầu hay nớc đánh dấu trên cơ sở độ thấm pha. - Kiểm tra, đánh giá các khe nứt thuỷ lực. - v. v 5.3.5. Các phơng pháp nơtron Nhóm các phơng pháp nơtron bao gồm các biến thể khác nhau, chúng đều có cơ sở chung là dùng nguồn bắn phá môi trờng nghiên cứu bằng một chùm các nơtron nhanh và đo ghi các hiệu ứng do kết quả của quá trình tơng tác giữa các nơtron với môi trờng vật chất. 5.3.5.1. Phơng pháp nơtron - gamma a) Cơ sở vật lý: Bắn phá đất đá ở thành giếng khoan bằng các hạt nơtron và đo cờng độ bức xạ gamma phát xạ từ một số nguyên tố nhất định trong đá do kết quả bắt giữ nơtron nhiệt là nguyên tắc chung của phơng pháp nơtron - gamma (Hình 5.18). Các nơtron nhanh bắn ra từ nguồn S, va chạm với các hạt nhân trong môi trờng các nơtron bị mất dần năng lợng và trở thành nơtron nhiệt. Quá trình làm chậm các nơtron nhanh để biến thành nơtron nhiệt càng mau chóng khi trong môi trờng nghiên cứu có nhiều hạt nhân nhẹ. ở mức năng lợng thấp, nơtron nhiệt rất dễ bị một số hạt nhân trong môi trờng bắt giữ. Xác suất để các nơtron nhiệt bị bắt giữ phụ thuộc vào tiết diện bắt giữ hiệu dụng đối với nơtron nhiệt của các nguyên tử có trong môi trờng. Sau khi bắt giữ nơtron, hạt nhân rơi vào trạng thái kích thích và chúng thờng thoát khỏi trạng thái này theo cách phát xạ năng lợng dới dạng một lợng tử gamma. Các lợng tử này còn đợc gọi là gamma chiếm giữ để phân biệt với các Gamma Ray tự nhiên. Một phản ứng điển hình của quá trình bắt giữ nơtron nhiệt là sự bắt giữ của hạt nhân hydro: )30.5( 2 1 1 0 1 1 ++ HnH Lợng tử gamma sinh ra trong phản ứng (5.30) có phổ năng lợng 2,23MeV. [...]... số hydro (HI) 0 .66 9 0 .66 7 1 1 0 .61 4 0 .60 2 0.92 0.90 0.0010 0.329 0.0015 0.49 0.0011 0. 363 0.0017 0.54 0 .67 5 0 .64 5 1.01 0.97 n-Decane C10H22 68 0F; 14,7psi 2000F; 7000 psi 0 .68 0 0 .65 3 1.02 0.98 Than, bitum 0,8424(C); 0,0555(H) Ximăng Thạch cao Kaolinite Glauconite Montmorilonite Illite 0.42 0.334 0.325 0.250 0.127 0.115 0.059 0 .66 0.5 0.49 0.37 0.19 0.17 0.09 Vật liệu, chất Nớc ròng 60 0F; 14,7psi 2000F;... các công ty dịch vụ đo Địa vật lý giếng khoan ở trờng đại học Houston, ngời ta lập một mô hình chuẩn khắc độ đơn vị nơtron nh hình 5.21 Mô hình đợc cấu tạo gồm các khối khác nhau và ở giữa có khoan một lỗ khoan đờng kính 77/8 inch Trong lỗ khoan chứa nớc ngọt Mỗi khối trụ có chiều dày là 6 feet, đờng kính 6 feet Các khối này đợc đặt trong hầm bêtông, nằm dới một lớp nớc ngọt sâu 6 feet và trên cùng có... nghĩa là ở đó mật độ nơtron không nhạy với hàm lợng hydro 1 46 Đặc điểm vừa nêu nói lên rằng để giá trị đo cờng độ gamma chiếm giữ phân dị theo hàm lợng hydro trong môi trờng nghiên cứu thì ta phải chọn khoảng cách từ nguồn đến detector rơi vào cùng gần và vùng xa, tránh vùng mù Trong Địa vật lý giếng khoan nhằm hạn chế ảnh hởng của giếng khoan và phép đo có độ nhạy cao ngời ta thờng chọn kích thớc... nơtron kèm với phông gamma thấp, có chu kỳ bán r dài (TPu = 24300 năm và TAm = 458 năm) là nguồn lý tởng sử dụng trong Địa vật lý giếng khoan Các nguồn này phát luồng nơtron khá ổn định Nguồn Californium (252Cf) là nguồn đồng vị đợc dùng phổ biến hiện nay cả trong thực nghiệm ở phòng thí nghiệm lẫn trong đo giếng khoan Đồng vị 252Cf tự phân r phát ra nơtron gần đơn năng và với luồng nơtron lớn hơn các nguồn... tố môi trờng và kỹ thuật cũng ảnh hởng mạnh mẽ lên các kết quả đo nơtron trong giếng khoan nh: loại dung dịch, đờng kính giếng khoan, chiều dày vỏ sét, ống chống, Tất cả các yếu tố đó đều phải đợc tính toán, hiệu chỉnh khi phân tích các tài liệu đo nơtron trong giếng khoan 5.3.5.2.4 Phân tích kết quả đo nơtron trong giếng khoan a) Đối với các Zond đo nơtron trớc đây (đơn vị đo API): - Giá trị đo đợc... 2000F; 7000 psi Nớcbo hoà muối 200.000ppm (NaCl) 60 0F; 14,7psi 2000F; 7000 psi Methane CH4 60 0F; 14,7psi 2000F; 7000 psi Khí tự nhiên 60 0F; 14,7psi 2000F; 7000 psi n-Nonane C9H20 68 0F; 14,7psi 2000F; 7000 psi - Nền khoáng vật: Mặc dù chỉ số hydro của nhiều loại khoáng vật nh: thạch anh, canxit, dolomit, đợc coi nh bằng không nhng các nguyên tố có trong khoáng vật đó cũng góp phần làm chậm thậm chí còn bắt... phép đo nơtron và chúng sẽ đợc nghiên cứu kỹ hơn ở phân hai của giáo trình: - Đánh giá độ rỗng của các thành hệ - Phân biệt các phần chứa khí hay hydrocacbon nhẹ trong vỉa sản phẩm - Tính toán mật độ hydrocacbon (có kết hợp với các phơng pháp khác) - Phân định và nhận biết các lớp đá trong cột địa tầng giếng khoan - Liên kết giữa các giếng khoan (đặc biệt ở những vùng sét không chứa các nguyên tố phóng... gamma chiếm giữ Ta có nhận xét là thời gian các nơtron nhiệt có mặt trong giếng khoan và vành ximăng là rất ngắn so với thời gian chúng tồn tại trong vỉa Nói khác đi là ở trong giếng khoan và đới gần sát giếng khoan (ống chống và vành ximăng) các nơtron nhiệt cha đợc sinh ra, chúng chỉ đợc sinh ra nhiều khi đ đi sâu vào thành giếng qua vành ximăng ở đó các nơtron nhiệt sẽ bị bắt giữ bởi các hạt nhân... trên hình 5.24 cho các trờng hợp khác nhau về đờng kính giếng - Phơng trình chỉ số đo nơtron có thể đợc viết dới dạng tiện ích hơn: eK(HI)N = C' (Na Nt ) (5.39) Với C cũng là hệ số tính đến ảnh hởng của các vùng gần (giếng khoan, ống chống, ximăng, ) tơng tự nh hệ số C Nt là một hằng số đối với một Zond đo và điều kiện môi trờng quang giếng khoan Hình 5.25 biểu thị quan hệ giữa số đo nơtron (API)... dùng trong Địa vật lý giếng khoan là một ống gia tốc hạt kiểu Van de Graff có kích thớc nhỏ, phát ra các nơtron nhờ phản ứng 2 3 hạt nhân giữa các đồng vị hydro nặng deuterium ( 1 H ) và tritium (1 H ) 3 1 2 4 H + 1 H 2 He + 0 n1 (5.32) Trong phản ứng này tạo ra một nguyên tử Helium (hạt ) và một nơtron đơn năng có năng lợng lớn (14 đến 15 MeV) Sơ đồ nguyên tắc của một máy phát nơtron đợc trình bày . (HI) Nớc ròng 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0 .66 9 0 .66 7 1 1 Nớcbo hoà muối 200.000ppm (NaCl) 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0 .61 4 0 .60 2 0.92 0.90 Methane CH 4 60 0 F;. đo Địa vật lý giếng khoan. ở trờng đại học Houston, ngời ta lập một mô hình chuẩn khắc độ đơn vị nơtron nh hình 5.21. Mô hình đợc cấu tạo gồm các khối khác nhau và ở giữa có khoan một lỗ khoan. nguồn đến detector rơi vào cùng gần và vùng xa, tránh vùng mù. Trong Địa vật lý giếng khoan nhằm hạn chế ảnh hởng của giếng khoan và phép đo có độ nhạy cao ngời ta thờng chọn kích thớc Zond đo