Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 - P2

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

145
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ch-ơng 5 Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân có cơ sở vật lý - địa chất dựa trên các hiện t-ợng phóng xạ tự nhiên và kích thích nhân tạo trong các lớp đất đá ở thành giếng khoan. Các ph-ơng pháp phóng xạ hạt nhân đ-ợc sử dụng để nghiên cứu lát cắt địa chất không chỉ ở các giếng khoan trần (ch-a chống ống) mà ở các giếng khoan đã chống ống. Đây là -u điểm nổi bật của ph-ơng pháp này. 5.1. Cơ sở vật lý - địa chất 5.1.1....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 - P2

5.3.5.2.1. C¸c lo¹i m¸y giÕng dïng trong c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron Mçi c«ng ty dÞch vô cã thiÕt kÕ riªng m¸y giÕng (Zond) ®Ó ®o c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron. Sau ®©y lµ mét sè kiÓu m¸y ®o trong giÕng khoan cña c«ng ty Schlumberger: - GNT (Gamma-ray/Neutron Tool) cã mét detector ®o c¸c gamma chiÕm gi÷ - cã mµng Cadmi ng¨n ¶nh h−ëng cña sù thay ®æi ®é kho¸ng ho¸ n−íc vØa, b¾t gi÷ c¸c n¬tron nhiÖt biÕn chóng thµnh c¸c tia gamma. PhÐp ®o dïng ®¬n vÞ API. - SNP (Sidewall Neutron Porosity Tool) ®o c¸c n¬tron trªn nhiÖt. Nguån vµ detector g¾n trªn tÊm ®Öm ®Ó tú vµo thµnh giÕng khoan. ThiÕt bÞ tÝnh chuyÓn ®æi trùc tiÕp tõ ®¬n vÞ xung/gi©y ra ®¬n vÞ ®é rçng ®¸ v«i. - CNT (Compensated Neutron Tool) dïng m¸y giÕng cã hai detector ®Ó lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña giÕng khoan vµ th−êng ®−îc ®o ¸p s−ên. Sè ®Õm (xung/gi©y) tõ c¸c detector xa vµ gÇn ®−îc ®−a lªn m¸y trªn mÆt ®Êt vµ tÝnh chuyÓn thµnh ®¬n vÞ ®é rçng theo b¶n chuÈn riªng hoÆc tù ®éng tÝnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm cho c¸c nÒn x−¬ng ®¸ kh¸c nhau (c¸t kÕt, v«i, dolomit, ). ThiÕt bÞ nµy cã hai biÕn thÓ: CNT-A (c¶ hai detector ®Òu ®o n¬tron nhiÖt) vµ CNT-G (c¸c detector ®o c¶ n¬tron nhiÖt vµ trªn nhiÖt). - TDT (Thermal Decay Time) dïng m¸y ph¸t xung n¬tron chiÕu x¹ vµo m«i tr−êng ®Êt ®¸ c¸c n¬tron cã n¨ng l−îng cao (14MeV). Trong kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung ph¸t, tiÕn hµnh ®o c¸c n¬tron nhiÖt vµ tÝnh thêi gian sèng trung b×nh cña chóng. Ta biÕt r»ng, thêi gian sèng trung b×nh cña mét n¬tron trong ch©n kh«ng dµi tíi 13 phót, cßn trong ®Êt ®¸ th× ng¾n h¬n rÊt nhiÒu. VÝ dô: Trong muèi má, thêi gian ®ã chØ lµ 5µs, trong th¹ch anh lµ 900µs. Trong vØa nghiªn cøu ®êi sèng cña n¬tron chñ yÕu phô thuéc vµo hµm l−îng nguyªn tè clore lµ nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt lín h¬n nhiÒu, v× vËy cã thÓ dïng ®Ó ph©n biÖt chÊt l−u b∙o hoµ trong thµnh hÖ ë sau èng chèng lµ dÇu hay n−íc. Trong n−íc vØa cã chøa clore, cßn trong dÇu th× kh«ng. ChuÈn kh¾c ®é cho Zond ®o vµ ®¬n vÞ ®o cña c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron: Tr−íc ®©y, mçi c«ng ty dÞch vô ®Òu cã hÖ thèng ®¬n vÞ ®o cña riªng m×nh ®èi víi n¬tron. VÝ dô: xung/s, cps (Schlumberger), ®¬n vÞ n¬tron chuÈn (PGAC), ®¬n vÞ m«i tr−êng (Lane Well), Häc viÖn dÇu khÝ Mü ®∙ chuÈn ho¸ ®¬n vÞ n¬tron API vµ trë thµnh ®¬n vÞ n¬tron dïng chung cho tÊt c¶ c¸c c«ng ty dÞch vô ®o §Þa vËt lý giÕng khoan. ë tr−êng ®¹i häc Houston, ng−êi ta lËp mét m« h×nh chuÈn kh¾c ®é ®¬n vÞ n¬tron nh− h×nh 5.21. M« h×nh ®−îc cÊu t¹o gåm c¸c khèi kh¸c nhau vµ ë gi÷a cã khoan mét lç khoan ®−êng kÝnh 77/8 inch. Trong lç khoan chøa n−íc ngät. Mçi khèi trô cã chiÒu dµy lµ 6 feet, ®−êng kÝnh 6 feet. C¸c khèi nµy ®−îc ®Æt trong hÇm bªt«ng, n»m d−íi mét líp n−íc ngät s©u 6 feet vµ trªn cïng cã ®Ëy n¾p b»ng thÐp. Tõ d−íi lªn lÇn l−ît lµ khèi ®¸ v«i Austin cã ®é lç rçng 26%, khèi ®¸ v«i Ên ®é, chØ sè ®é rçng 19% bªn trªn lµ khèi ®¸ cÈm th¹ch (®¸ v«i biÕn chÊt) cã chØ sè ®é rçng 1,9% vµ trªn cïng lµ líp n−íc ngät cã chØ sè ®é rçng lµ 100%. 152
§Æt Zond ®o n¬tron kh«ng cã nguån S vµo vÞ trÝ chÝnh gi÷a khèi trô ®¸ v«i cã chØ sè ®é rçng 19%, lÊy sè ®o thø nhÊt (kh«ng cã nguån)(Inn(1)). L¾p nguån S vµo Zond ®o vµ còng ®Æt ë vÞ trÝ ®o ban ®Çu, lÊy sè ®o thø hai (cã nguån)(Inn(2)). §¬n vÞ API (n¬tron) ®−îc ®Þnh nghÜa: ( 2) (1) − I nn I nn 1API = (5.33) 1000 C¸c ph−¬ng ph¸p ®o n¬tron trong giÕng khoan hiÖn ®¹i ®Òu tÝnh trùc tiÕp ra ®é lç rçng ΦN hay ®¬n vÞ chØ sè hydro. PhÐp tÝnh chuyÓn ®æi tõ API ra c¸c tham sè võa nªu ®Òu ®−îc thùc hiÖn tù ®éng theo mét hµm sè håi quy thùc nghiÖm hoÆc mét phÇn mÒm theo thêi gian thùc cã tÝnh ®Õn sù phï hîp gi÷a m¸y giÕng vµ m¸y trªn mÆt ®Êt. N¾p ®Ëy ChØ sè Hydro thùc theo n¬tron N−íc ngät Bªt«ng èng thÐp §¸ cÈm th¹ch §¸ v«i (Φ = 1,9%) §¸ v«i Ên §é C¸t kÕt (Φ = 19%) Dolomit §¸ v«i Austin (Φ = 26%) Bª t«ng èng trô, ®−êng kÝnh 1/8 bé ®Æt trong ®¸ v«i H×nh 5.21. M« h×nh chuÈn kh¾c ChØ sè Hydro biÓu kiÕn theo n¬tron cña c¸c ph−¬ng ph¸p CNL vµ SNP ®é n¬tron H×nh 5.22. X¸c ®Þnh chØ sè hydro cho c¸c ®¸ nÒn kh¸c nhau (theo Schlumberger) ThiÕt bÞ m¸y giÕng ®o n¬tron ®−îc chuÈn ho¸ trong ®¸ v«i vµ n−íc l∙. C¸c phÐp hiÖu chØnh cã thÓ ®−îc thùc hiÖn trong thêi gian ®o ghi hay muén h¬n nhê sù gióp ®ì cña c¸c b¶n chuÈn t−¬ng øng víi nÒn cña pha cøng vµ ®é mÆn (Xem h×nh 5.22). 5.3.5.2.2. ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ ®é ph©n gi¶i ChiÒu s©u ®©m xuyªn cña c¸c n¬tron vµo ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan thay ®æi tû lÖ nghÞch víi ®é lç rçng cña ®¸. §é rçng cña ®¸ t¨ng th× chiÒu s©u ®©m xuyªn cña n¬tron trong ®¸ gi¶m. ChiÒu s©u nghiªn cøu cña Zond ®o n¬tron trong giÕng khoan v× vËy còng phô thuéc vµo ®é rçng cña ®Êt ®¸. Ngoµi ra cßn phô thuéc vµo kÝch th−íc cña Zond (chiÒu dµi tõ nguån S ®Õn detector D). Theo ®Þnh nghÜa chiÒu s©u nghiªn cøu cña phÐp ®o n¬tron lµ kho¶ng chiÒu s©u tÝnh tõ thµnh giÕng khoan ®Õn kho¶ng L ®Ó phÇn ®Êt ®¸ trong m«i tr−êng nghiªn cøu bao bëi chiÒu s©u ®ã cã ®ãng gãp 90% tÝn hiÖu toµn phÇn cña phÐp ®o. §Æc tr−ng ®ã cña mçi Zond ®o n¬tron ®−îc thÓ hiÖn qua mét tham sè gäi lµ yÕu tè tÝch luü gi¶ h×nh häc (Intergrated pseudo - geometrical factor) cña nã (H×nh 5.23). 153
ChiÒu s©u nghiªn cøu cña YÕu tè gi¶ h×nh häc Zond ®o n¬tron CNT kho¶ng 0,3m (12”), cßn cña Zond SNP lµ 0,2m (8”). Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t theo ph−¬ng th¼ng ®øng cña c¸c thiÕt bÞ ®o n¬tron trong giÕng khoan th−êng kh¸ cao, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c¸c Zond ®o cã hai detector kho¶ng tõ 0,25m (10”) ®Õn 0,5m (20”). Víi ®é ph©n gi¶i cao nh− thÕ hoµn toµn ®¸p øng c¸c yªu Kho¶ng c¸ch tÝnh tõ thanh giÕng khoan cÇu nghiªn cøu. Th«ng th−êng, trong c¸c phÐp ®o yªu cÇu ph¸t hiÖn c¸c líp H×nh 5.23. YÕu tè gi¶ h×nh häc cña c¸c cã chiÒu dµy tõ 1,0 - 1,25m (3 - 4ft). thiÕt bÞ ®o SNP, CNL vµ FDC 5.3.5.2.3. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng lªn kÕt qu¶ ®o n¬tron - Hydro: hydro lµ nguyªn tè cã kh¶ n¨ng lµm mÊt nhiÒu n¨ng l−îng cña n¬tron sau mçi lÇn va ch¹m víi nã. Nguyªn tè Hydro cã rÊt s½n trong tù nhiªn. C¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron trong giÕng khoan v× thÕ lµ nh÷ng ph−¬ng ph¸p cã néi dung ®o hµm l−îng hydro cã trong m«i tr−êng. ChØ sè hydro cña mét chÊt ®−îc ®Þnh nghÜa b»ng tû sè hµm l−îng c¸c nguyªn tè hydro trong 1cm3 vËt liÖu ®ã so víi hµm l−îng hydro trong thÓ tÝch t−¬ng ®−¬ng n−íc nguyªn chÊt ë 750F; nghÜa lµ n−íc nguyªn chÊt cã chØ sè hydro (HI) b»ng 1,0. ChØ sè cña hydro thay ®æi trong kho¶ng tõ 0,0 (ë ¸p suÊt thÊp) ®Õn trªn 1,0 (dÇu nÆng) phô thuéc vµo nhiÖt ®é ¸p suÊt vµ lo¹i ph©n tö. ChØ sè hydro cña phÇn lín c¸c h¹t ®¸ s¹ch (th¹ch anh, canxit, ) b»ng kh«ng. ChØ sè hydro cña chÊt l−u (dÇu, n−íc) th× xÊp xØ b»ng 1.0. - SÐt, mica: Cã nhiÒu kho¸ng vËt, ®iÓn h×nh lµ nhãm c¸c kho¸ng vËt sÐt hay ngËm n−íc trong m¹ng tinh thÓ cña chóng d−íi d¹ng n−íc kÕt tinh hoÆc n−íc ë d¹ng ph©n tö b¸m trªn bÒ mÆt c¸c h¹t sÐt. C¸c d¹ng n−íc nµy kh«ng cã liªn quan ®Õn ®é lç rçng nh−ng chóng l¹i vÉn ®−îc thÓ hiÖn trªn kÕt qu¶ ®o b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron. Th«ng th−êng c¸c h¹t sÐt hót b¸m c¸c ph©n tö n−íc trªn cÊu tróc m¹ng cña chóng. Ta th−êng thÊy rÊt râ lµ ®é lç rçng x¸c ®Þnh ®−îc b»ng c¸c phÐp ®o n¬tron (ΦN) ë c¸c vØa sÐt lµ rÊt cao. V× vËy, trong c¸c ®¸ c¸t sÐt, cÇn ph¶i hiÖu chØnh sè ®o ®Ó lo¹i bá ¶nh h−ëng cña sÐt: HI = HI®o - VShHISh (5.34) Trong ®ã: HISh lµ chØ sè hydro cña sÐt. VSh lµ tû phÇn thÓ tÝch cña sÐt trong ®¸. B¶ng 5.5 cho biÕt hµm l−îng hydro vµ chØ sè HI cña mét sè chÊt. 154
B¶ng 5.5 Sè ntö hydro trong VËt liÖu, chÊt ChØ sè hydro (HI) 1cm3(*1023) N−íc rßng 600F; 14,7psi 0.669 1 2000F; 7000 psi 0.667 1 N−ícb∙o hoµ muèi 200.000ppm (NaCl) 600F; 14,7psi 0.614 0.92 2000F; 7000 psi 0.602 0.90 Methane CH4 600F; 14,7psi 0.0010 0.0015 2000F; 7000 psi 0.329 0.49 KhÝ tù nhiªn 600F; 14,7psi 0.0011 0.0017 2000F; 7000 psi 0.363 0.54 n-Nonane C9H20 680F; 14,7psi 0.675 1.01 2000F; 7000 psi 0.645 0.97 n-Decane C10H22 680F; 14,7psi 0.680 1.02 2000F; 7000 psi 0.653 0.98 Than, bitum 0,8424(C); 0,0555(H) 0.42 0.66 ∼0.5 Xim¨ng 0.334 Th¹ch cao 0.325 0.49 Kaolinite 0.250 0.37 Glauconite 0.127 0.19 Montmorilonite 0.115 0.17 Illite 0.059 0.09 - NÒn kho¸ng vËt: MÆc dï chØ sè hydro cña nhiÒu lo¹i kho¸ng vËt nh−: th¹ch anh, canxit, dolomit, ®−îc coi nh− b»ng kh«ng nh−ng c¸c nguyªn tè cã trong kho¸ng vËt ®ã còng gãp phÇn lµm chËm thËm chÝ cßn b¾t gi÷ n¬tron. KÕt qu¶ tÝnh ®é rçng th−êng theo chuÈn ®¬n vÞ ®¸ v«i (limestone) nªn cÇn hiÖu chØnh ®èi víi nÒn kho¸ng vËt trong pha cøng cho mçi lo¹i Zond ®o n¬tron. - Cã mÆt c¸c nguyªn tè b¾t gi÷ n¬tron: Trong c¸c tr−êng hîp ®o n¬tron, sè ®Õm ë c¸c detector chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ cao nh−: Cl, Li, B, Clore cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron rÊt cao,v× vËy c¸c phÐp hiÖu chØnh sÏ ®−îc tiÕn hµnh ®èi víi c¸c sè ®o ®é rçng ®Ó lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña muèi hoµ tan trong dung dÞch khoan, filtrat vµ n−íc vØa. §èi víi phÐp ®o n¬tron trªn nhiÖt th× ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè nªu trªn cã thÓ Ýt h¬n. - §é kho¸ng ho¸: Ta biÕt r»ng c¸c sè ®Õm n¬tron nhiÖt cã liªn quan ®Õn tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron cña chÊt l−u b∙o hoµ trong kh«ng gian lç rçng. §é kho¸ng ho¸ cña n−íc vØa t¨ng lµm cho tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« cña ®¸ còng t¨ng theo do sù cã mÆt cña nguyªn tè Clore. Muèi NaCl hoµ tan cho¸n chç cña H vµ lµm gi¶m chØ sè hydro cña chÊt l−u. Schlumberger ®Ò xuÊt biÓu thøc tÝnh chØ sè HIfl cña chÊt l−u sau ®©y ®èi víi c¸c ®íi (trong giÕng khoan, ®íi ngÊm, ®íi nguyªn, ): 155
(HI)fl = ρfl (1-P) (5.35) Trong ®ã: ρfl lµ mËt ®é cña chÊt l−u (g/cm3) P lµ ®é kho¸ng ho¸ (ppm.10-6). - Hydrocacbon: Cã nhiÒu tr−êng hîp dÇu b∙o hoµ trong vØa cã chØ sè HI
Ngoµi c¸c yÕu tè nªu trªn, c¸c yÕu tè m«i tr−êng vµ kü thuËt còng ¶nh h−ëng m¹nh mÏ lªn c¸c kÕt qu¶ ®o n¬tron trong giÕng khoan nh−: lo¹i dung dÞch, ®−êng kÝnh giÕng khoan, chiÒu dµy vá sÐt, èng chèng, TÊt c¶ c¸c yÕu tè ®ã ®Òu ph¶i ®−îc tÝnh to¸n, hiÖu chØnh khi ph©n tÝch c¸c tµi liÖu ®o n¬tron trong giÕng khoan. 5.3.5.2.4. Ph©n tÝch kÕt qu¶ ®o n¬tron trong giÕng khoan a) §èi víi c¸c Zond ®o n¬tron tr−íc ®©y (®¬n vÞ ®o API): - Gi¸ trÞ ®o ®−îc b»ng c¸c Zond ®o n¬tron cã mèi quan hÖ víi chØ sè hydro biÓu kiÕn cña ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan b»ng mét biÓu thøc gÇn ®óng: logNfor = log(Na - Nt) = C- K(HI)N (5.38) Trong ®ã: Nfor: sè ®o n¬tron (theo ®¬n vÞ API) ë chiÒu s©u cña vØa. Na: chØ sè biªn ®é cña sè ®o ®äc trªn ®−êng cong (API). Nt: biÓu hiÖn phÇn ®ãng gãp cña giÕng khoan, èng chèng, vµnh xim¨ng, lªn sè ®o Na. C: hÖ sè phô thuéc vµo cÊu h×nh cña Zond ®o (nguån, detector, spacing, ) vµ ®Æc tÝnh truyÒn dÉn n¬tron cña ®¸. K: h»ng sè tÝnh ®Õn c¸c ®Æc tÝnh truyÒn dÉn cña hydro vµ ®Êt ®¸ trªn mét ®¬n vÞ chiÒu dµi trong kho¶ng tõ nguån ®Õn detector (spacing). ChØ sè biªn ®é ®−êng cong (API) BiÓu thøc (5.38) ®−îc biÓu diÔn trªn h×nh 5.24 cho c¸c tr−êng hîp kh¸c nhau vÒ ®−êng kÝnh giÕng. - Ph−¬ng tr×nh chØ sè ®o n¬tron cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng tiÖn Ých h¬n: e−K(HI)N = C' (Na − Nt ) (5.39) Víi C’ còng lµ hÖ sè tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña c¸c vïng gÇn (giÕng khoan, èng chèng, xim¨ng, ) t−¬ng tù nh− hÖ sè C. §é rçng (%) Nt lµ mét h»ng sè ®èi víi mét Zond ®o vµ ®iÒu kiÖn m«i tr−êng quang giÕng khoan. H×nh 5.24. §å thÞ biÓu diÔn quan hÖ LogNa víi ®é rçng Φ H×nh 5.25 biÓu thÞ quan hÖ gi÷a sè ®o n¬tron (API) víi logarit ®é lç rçng(logΦ) cña 157
m«i tr−êng. Ph−¬ng tr×nh §é rçng (%) (5.39) cã −u ®iÓm lµ (khi biÓu diÔn trªn h×nh 5.25) c¸c ®−êng biÓu diÔn ®Òu gÆp nhau ë ®iÓm fluid (Φ = 100%) nÕu dung §−êng kÝnh giÕng dÞch khoan vµ n−íc vØa cã chØ sè HI gÇn nh− nhau. Nhê vËy mµ ta dÔ dµng v¹ch c¸c ®−êng biÓu diÔn kh¸c cho c¸c tr−êng hîp ®−êng kÝnh giÕng khoan thay ®æi vµ m«i tr−êng cã cïng Sè ®äc trªn biÓu ®å n¬tron (API) nÒn kho¸ng vËt v× ®iÓm Φ = H×nh 5.25. B¶ng chuÈn x¸c ®Þnh ®é rçng n¬tron theo luËt hµm sè mò 100% ®∙ biÕt tr−íc. b) §èi víi phÐp ®o b»ng c¸c Zond hiÖn ®¹i Nh÷ng n¨m gÇn ®©y, vÊn ®Ò chuÈn ®Þnh cì ®¬n vÞ n¬tron API vµ lµm gi¶m sai sè cña phÐp ®o ®∙ ®−îc kÕt hîp gi¶i quyÕt ®èi víi c¸c Zond ®o n¬tron. Sè ®o cña Zond ®o n¬tron phÇn lín ®∙ tù ®éng lo¹i trõ ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn gÇn giÕng (®−êng kÝnh, vá sÐt, mËt ®é dung dÞch, ) nªn gi¸ trÞ cña phÐp ®o cã quan hª phô thuéc trùc tiÕp víi ®é rçng biÓu kiÕn. Th−êng b©y giê chØ cßn yªu cÇu mét vµi hiÖu chØnh vÒ th¹ch häc, ®é mÆn, nhiÖt ®é mµ th«i. c) Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sè ®o n¬tron ChØ sè hydro biÓu kiÕn (HI)N ®o ®−îc bëi phÐp ®o n¬tron cã quan hÖ víi ®é rçng hiÖu dông Φe nh− sau: (HI )N = Φ e (HI )mf S XO + Φ e (HI )h (1 − S XO ) + VSh (HI )Sh + ∑ Vi (HI )mai (5.40) Víi Φ e + VSh + ∑ Vi = 1 Ph−¬ng tr×nh (5.40) chØ bao qu¸t cho vïng ®íi röa cña vØa chøa. Trong ®ã: Vi lµ tû phÇn thÓ tÝch cña c¸c kho¸ng vËt t¹o ®¸ trong pha cøng (i = 1,2, ,n); (HI )ma lµ chØ sè hydro cña kho¸ng vËt thø i t−¬ng øng. i Φe lµ ®é rçng hiÖu dông. (HI)Sh lµ chØ sè hydro cña n−íc mµng vµ n−íc tù do trong m¹ng tinh thÓ cña sÐt. (HI)mf lµ chØ sè hydro cña filtrat. (HI)h lµ sè ®o chØ sè cña dÇu dÝnh trong ®íi röa. 158
(HI)N lµ sè ®o chØ sè hydro sau khi ®∙ tÝnh to¸n c¸c hiÖu chØnh ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng. 5.3.5.2.5. Ph¹m vi øng dông cña c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron Ta cã thÓ kÓ ra ®©y c¸c øng dông cña c¸c phÐp ®o n¬tron vµ chóng sÏ ®−îc nghiªn cøu kü h¬n ë ph©n hai cña gi¸o tr×nh: - §¸nh gi¸ ®é rçng cña c¸c thµnh hÖ. - Ph©n biÖt c¸c phÇn chøa khÝ hay hydrocacbon nhÑ trong vØa s¶n phÈm. - TÝnh to¸n mËt ®é hydrocacbon (cã kÕt hîp víi c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c). - Ph©n ®Þnh vµ nhËn biÕt c¸c líp ®¸ trong cét ®Þa tÇng giÕng khoan. - Liªn kÕt gi÷a c¸c giÕng khoan (®Æc biÖt ë nh÷ng vïng sÐt kh«ng chøa c¸c nguyªn tè phãng x¹ vµ cã ®o ®−êng cong gamma ray tù nhiªn). 5.3.5.3. Ph−¬ng ph¸p xung n¬tron 5.3.5.3.1. Nguyªn lý chung Tõ khi cã c¸c m¸y ph¸t n¬tron, chóng cã thÓ thay cho c¸c nguån n¬tron ho¸ häc. ¦u ®iÓm cña m¸y ph¸t n¬tron lµ cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é xung, nhê ®ã mµ ng−êi ta tiÕn hµnh ®−îc c¸c ph−¬ng ph¸p xung n¬tron. C¸c ph−¬ng ph¸p xung n¬tron cã nhiÒu −u ®iÓm mµ nh÷ng ph−¬ng ph¸p n¬tron th«ng th−êng kh«ng cã. Nguyªn t¾c chung cña c¸c ph−¬ng ph¸p xung n¬tron lµ dïng m¸y ph¸t c¸c xung n¬tron n¨ng l−îng cao (14 MeV) vµo m«i tr−êng nghiªn cøu. C¸c xung n¬tron ®−îc ph¸t cã bÒ réng 20-30µs vµ lÆp l¹i víi c¸c tÇn sè chän tr−íc. ë kho¶ng gi÷a hai xung liªn tiÕp, c¸c n¬tron t−¬ng t¸c víi c¸c h¹t nh©n trong m«i tr−êng vµ sinh ra: - Tr−êng phãng x¹ gamma do c¸c va ch¹m kh«ng ®µn håi cña c¸c n¬tron. - Tr−êng n¬tron cã n¨ng l−îng gi¶m dÇn ®Õn n¨ng l−îng dÔ bÞ chiÕm gi÷. - Tr−êng gamma chiÕm gi÷ ®èi víi c¸c n¬tron nhiÖt. ë chÕ ®é xung, vÒ nguyªn t¾c cã thÓ tiÕn hµnh ba phÐp ®o nghiªn cøu giÕng khoan: 1. §o bøc x¹ gamma ph¸t x¹ do c¸c n¬tron nhanh va ch¹m kh«ng ®µn håi víi h¹t nh©n. 2. Theo dâi biÕn thiªn theo thêi gian sù ph©n bè cña c¸c n¬tron trong qóa tr×nh gi¶m n¨ng l−îng ®Ó trë thµnh n¬tron nhiÖt. Thùc chÊt lµ quan s¸t sù t−¬ng t¸c cña c¸c n¬tron víi m«i tr−êng nghiªn cøu ë kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung liªn tiÕp. 3. Do c¸c bøc x¹ gamma ph¸t x¹ tõ kÕt qu¶ b¾t gi÷ c¸c n¬tron ë mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh trong kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung ph¸t ë m«i tr−êng nghiªn cøu. Sè lÇn b¾t gi÷ tû lÖ víi sè n¬tron nhiÖt. 159
Trong hai phÐp ®o sau cïng, c¸c thiÕt bÞ ®o lµm viÖc theo chÕ ®é lu©n phiªn ®óng vµo c¸c kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung ph¸t ®Ó ®o mËt ®é n¬tron nhiÖt hoÆc bøc x¹ gamma chiÕm gi÷. Ta cã nhËn xÐt lµ thêi gian c¸c n¬tron nhiÖt cã mÆt trong giÕng khoan vµ vµnh xim¨ng lµ rÊt ng¾n so víi thêi gian chóng tån t¹i trong vØa. Nãi kh¸c ®i lµ ë trong giÕng khoan vµ ®íi gÇn s¸t giÕng khoan (èng chèng vµ vµnh xim¨ng) c¸c n¬tron nhiÖt ch−a ®−îc sinh ra, chóng chØ ®−îc sinh ra nhiÒu khi ®∙ ®i s©u vµo thµnh giÕng qua vµnh xim¨ng. ë ®ã c¸c n¬tron nhiÖt sÏ bÞ b¾t gi÷ bëi c¸c h¹t nh©n cña c¸c nguyªn tè. §iÒu nhËn xÐt trªn cho thÊy c¸c ph−¬ng ph¸p xung n¬tron cã chiÒu s©u nghiªn cøu lín h¬n c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron cæ ®iÓn dïng nguån ho¸ häc. Ngµy nay, trong s¶n xuÊt sö dông kh¸ réng r∙i ph−¬ng ph¸p xung n¬tron chñ yÕu lµ ®o c−êng ®é bøc x¹ gamma chiÕm gi÷ trong kho¶ng thêi gian gi÷a hai xung ph¸t n¬tron liªn tiÕp. C¸c c«ng ty dÞch vô gäi phÐp ®o nh− vËy b»ng nh÷ng tªn th−¬ng m¹i kh¸c nhau: thêi gian sèng cña n¬tron nhiÖt - Neutron Lifetime Log (Dresser Atlas) hay thêi gian ph©n r∙ n¬tron - Neutron Decay Time Log (Schlumberger). D−íi nh÷ng c¸i tªn kh¸c nhau, nh−ng cuèi cïng ph−¬ng ph¸p ®Òu lµ ®o ghi ®Ó tÝnh tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« ®èi víi c¸c n¬tron nhiÖt cña m«i tr−êng nªn nã cßn cã mét tªn gäi kh¸c lµ ph−¬ng ph¸p tiÕt diÖn b¾t gi÷ c¸c n¬tron nhiÖt. 5.3.5.3.2. Ph−¬ng ph¸p tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron a) C¬ së lý thuyÕt Sau khi b¾n ra khái m¸y ph¸t, c¸c n¬tron bÞ mÊt n¨ng l−îng rÊt nhanh bëi sù va ch¹m víi h¹t nh©n cña c¸c nguyªn tè trong m«i tr−êng vµ r¬i vµo tr¹ng th¸i nhiÖt. T¹i mçi ®iÓm trong m«i Thêi gian ph©n r· 256µs tr−êng, c¸c n¬tron nhiÖt dÇn dÇn bÞ b¾t Xung ®Õm gi÷. Trong mçi ®¬n vÞ thêi gian sè l−îng n¬tron bÞ b¾t gi÷ phô thuéc vµo tÝch v.∑abs, víi v lµ tèc ®é cña n¬tron nhiÖt (v kh«ng ®æi ë nhiÖt ®é cho tr−íc) vµ ∑abs Ph©n r· trong vïng giÕng Tèc ®é ®Õm xung Ph©n r· trong vïng ®Êt ®¸ Thêi gian (µs) DÇu Xung quanh H×nh 5.26. Sè n¬tron nhiÖt sèng sãt N−íc (Ph«ng) gi¶m theo thêi gian lµ tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« cña m«i tr−êng t¹i ®iÓm quan s¸t. NÕu sù b¾t Thêi gian tõ sau xung n¬tron (µs) gi÷ n¬tron nh− m« t¶ th× sè c¸c H×nh 5.27. BiÓu ®å thÓ hiÖn sè n¬tron gi¶m n¬tron bÞ b¾t gi÷ gi¶m theo luËt hµm nhanh trong n−íc so víi trong dÇu mò nh− h×nh 5.26. 160
H×nh 5.27 thÓ hiÖn møc ®é suy gi¶m sè c¸c n¬tron nhiÖt trong vØa n−íc nhanh h¬n trong vØa chøa dÇu v× n−íc cã tiÕt diÖn ∑abs lín h¬n dÇu th«. T¹i thêi ®iÓm t1 sè n¬tron nhiÖt cßn sèng sãt N1 trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch cña m«i tr−êng t¹i ®iÓm quan s¸t ®−îc tÝnh: N1 = N 0 e ∑ abs 1 −v t (5.41) Trong ®ã: N0 lµ sè n¬tron nhiÖt trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ë thêi ®iÓm t = 0. ∑abs lµ tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« cña m«i tr−êng (®Êt ®¸) trong ®¬n vÞ thÓ tÝch nãi trªn ®èi víi n¬tron nhiÖt khi tèc ®é trung b×nh cña n¬tron nhiÖt v=2200m/s (ë 750F). T−¬ng tù, ë thêi ®iÓm t2, sè n¬tron nhiÖt cßn l¹i trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch sÏ lµ: N 2 = N 0 e ∑ abs 2 −v t (5.42) Sù suy gi¶m mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt tõ t1 ®Õn t2 cã thÓ ®−îc tÝnh: N 2 = N1e ∑ abs 2 1 −v ( t −t ) (5.43) N 1 ∑ = ln( 1 ) (5.44) Tõ ®ã ta cã: v(t 2 − t1 ) N 2 abs §æi sang logarit c¬ sè 10, lÊy v=2200m/s, ∆t = (t2 - t1) tÝnh b»ng µs, vµ ∑abs tÝnh b»ng cm-1, ta cã: 10,5 N log( 1 ) ∑ abs = (5.45) ∆t N2 V× sù suy gi¶m mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt trong m«i tr−êng theo luËt hµm mò nªn ta cã thÓ biÓu thÞ nã b»ng c¸ch ®−a vµo mét tham sè míi: τint lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó sè n¬tron ban ®Çu N0 trªn 1 cm trong ®Êt ®¸ mÊt ®i 63% hay chØ cßn l¹i 37% (1/e = 0,37) cña N0. Khi ®ã ta cã mét biÓu thøc thÓ hiÖn ®¬n gi¶n h¬n: t − τ int Nt = N0e (5.46) Nt sÏ lµ sè n¬tron trong 1cm3 (mËt ®é n¬tron) ë thêi ®iÓm t. NÕu ®èi chiÕu víi (5.41) ta cã ph−¬ng tr×nh t−¬ng ®−¬ng: ∂(ln N1 ) 1 ∂N1 1 = v∑ abs =− =− (5.47) τ int ∂t N ∂t 161
Thêi gian suy gi¶m τ kh«ng phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña m«i tr−êng. Nã biÓu thÞ kho¶ng thêi gian sèng trung b×nh cña n¬tron nhiÖt trong m«i tr−êng. Víi τ tÝnh b»ng µs, v = 0,22 cm/µs th× tõ (5.47) ta cã: 4,55 ) ( τ int = (5.48) ∑ cm 2 3 abs cm ∑ th−êng hay ®−îc tÝnh b»ng ®¬n vÞ 10-3cm-1 (gäi lµ ®¬n vÞ chiÔm gi÷ (c.u) hoÆc ®¬n vÞ sigma (s.u)) nªn biÓu thøc (5.48) trë thµnh: 4550 τ int = (5.49) ∑ abs (c.u ) Trong m«i tr−êng cã nhiÒu thµnh phÇn b¾t gi÷ c¸c n¬tron nhiÖt th× tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« ∑abs cña m«i tr−êng ®−îc tÝnh nh− lµ tæng cña tiÕt diÖn b¾t gi÷ cña c¸c thµnh phÇn ®ã: n ∑ = ∑ Vi ∑ i (5.50) abs 1 Trong ®ã: Vi lµ tû phÇn thÓ tÝch cña thµnh phÇn thø i trong m«i tr−êng. ∑i lµ tiÕt diÖn b¾t gi÷ cña thµnh phÇn thø i. n lµ sè thµnh phÇn cã trong m«i tr−êng. TiÕt diÖn b¾t gi÷ cña thµnh phÇn ∑i lµ kho¸ng vËt hay chÊt l−u sÏ ®−îc tÝnh theo thµnh phÇn ho¸ häc cña nã: (naσ a + nbσ b + ... + n jσ j + ...) 602,2 ∑ = (5.51) i GMW Trong ®ã: σj lµ tiÕt diÖn b¾t gi÷ vi m« cña nguyªn tè j trong thµnh phÇn kho¸ng vËt. nj lµ sè nguyªn tö j cã trong ph©n tö. GMW lµ träng l−îng ph©n tö gam. B¶ng 5.6 lµ tiÕt diÖn b¾t gi÷ vi m« ®èi víi n¬tron nhiÖt (σ) cña mét sè nguyªn tè th−êng gÆp (®¬n vÞ tÝnh barn = 10-24cm2). 162
B¶ng 5.6 Ký Träng l−îng TiÕt diÖn vÜ m« Ký Träng l−îng TiÕt diÖn vÜ m« σ (barn) σ (barn) hiÖu ng.tö hiÖu ng.tö H 1.00800 0.33200 Cl 34.45300 33.20000 B 10.81000 759.000 K 39.10000 2.10000 C 12.01100 0.00340 Ca 40.08000 0.43000 N 14.00700 0.00000 Ti 47.90000 6.41000 O 16.00000 0.00027 Mn 54.93800 13.30000 F 19.00000 0.00980 Fe 55.84700 2.55000 Na 22.99000 0.53060 Cu 63.54600 3.82000 Mg 24.30500 0.06300 Zn 65.38000 0.50490 Al 26.98200 0.23000 Sr 87.62000 0.086000 Si 28.08600 0.16000 Zr 91.22000 0.29000 P 30.97400 0.01900 Ba 137.34000 0.06500 S 32.06000 0.52000 Pb 207.20000 0.18800 b) Sù khuyÕch t¸n n¬tron ë tr¹ng th¸i nhiÖt, c¸c n¬tron cã ®Æc ®iÓm chuyÓn ®éng chËm, lÖch h−íng vµ suy gi¶m n¨ng l−îng còng chËm h¬n. Sù di chuyÓn nh− vËy gäi lµ sù khuyÕch t¸n n¬tron nhiÖt trong m«i tr−êng. Sù khuyÕch t¸n n¬tron nhiÖt diÔn ra cho ®Õn khi chóng bÞ b¾t gi÷. Gi¶ sö trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch nhá cña m«i tr−êng nghiªn cøu (®Êt ®¸) c¸c n¬tron cã thÓ võa bÞ b¾t gi÷ võa khuyÕch t¸n mÊt ®i lµm cho sè l−îng n¬tron nhiÖt ban ®Çu gi¶m ®i, nh−ng còng trong cïng thêi gian ®ã cã thÓ c¸c n¬tron nhiÖt tõ c¸c thÓ tÝch thµnh phÇn bªn c¹nh khuyÕch t¸n vµo phÇn thÓ tÝch nµy. VÝ dô luång c¸c n¬tron nhiÖt ®i ra khái mét thÓ tÝch thµnh phÇn nhiÒu h¬n sè ®i vµo sÏ dÉn ®Õn sù thÊt tho¸t ngµy mét t¨ng vµ mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt trong thÓ tÝch ®ã ngµy cµng kiÖt ®i: Sù khuyÕch t¸n c¸c n¬tron nhiÖt nh− thÕ trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ cã thÓ biÓu diÔn qua ph−¬ng tr×nh khuyÕch t¸n: ∇2 N 1 = −D (5.52) τD N Trong ®ã: D - HÖ sè khuyÕch t¸n n¬tron cña m«i tr−êng ®Êt ®¸. ∇2N - Laplacien cña mËt ®é n¬tron. 163
τD - Thêi gian suy gi¶m sè n¬tron nhiÖt do khuyÕch t¸n. Ta cã thÓ ®o thêi gian suy gi¶m thùc tÕ theo c¸ch ®Õm tæng c¸c n¬tron nhiÖt ®∙ bÞ mÊt ®i do khuyÕch t¸n. Tuy nhiªn, mçi detector cña m¸y giÕng còng chØ cã vïng ¶nh h−ëng rÊt nhá so víi toµn bé kh«ng gian vµ nã kh«ng thÓ kiÓm so¸t hÕt toµn bé chïm n¬tron. C¸c sè ®o thêi gian suy gi¶m thùc tÕ lµ do ¶nh h−ëng chñ yÕu bëi sù khuyÕch t¸n. Ph−¬ng tr×nh (5.52) cã thÓ b»ng kh«ng, ©m hoÆc d−¬ng. Tr−êng hîp b»ng kh«ng, gi¸ trÞ τ ®o ®−îc ph¶i b»ng τint (®iÒu nµy hiÕm khi x¶y ra). c) Thùc hiÖn phÐp ®o theo cöa sæ thêi gian: Cã thÓ ®o mËt ®é hay ph©n bè cña c¸c n¬tron b»ng c¸ch ®Õm trùc tiÕp sè n¬tron hoÆc ®o bøc x¹ gamma chiÕm gi÷ theo c¸c cöa sæ thêi gian hÑp b»ng m¸y phæ Gamma (GST) (H×nh 5.28). S¬ ®å thêi gian GST τ chiÕm gi÷a Xung n¬tron §o phæ Ph«ng τ τ Sè ®o τ Ph−¬ng tr×nh TDT H×nh 5.28. BiÓu ®å phæ Gamma b¾t gi÷ GST 6 7 Sè l−îng tö gamma chiÕm gi÷ tû lÖ víi sè n¬tron nhiÖt bÞ b¾t gi÷ hoÆc tû lÖ nghÞch víi sè n¬tron nhiÖt cßn sãt l¹i. C¶ hai gÇn ®óng nµy gÇn t−¬ng ®−¬ng víi nhau. 4 ViÖc ®Æt c¸c cöa sæ thêi gian ®o bøc x¹ gamma chiÕm gi÷ chän ë thêi ®iÓm phï hîp 2 víi thêi gian mµ ¶nh h−ëng cña giÕng khoan lªn kÕt qu¶ ®o lµ Ýt nhÊt, b¶o ®¶m phÐp ®o cã 1 chiÒu s©u nghiªn cøu lín nhÊt. 5 Trong kü thuËt, c−êng ®é bøc x¹ 3 gamma chiÕm gi÷ ®−îc ®o b»ng ®¬n vÞ CPS (xung/sec) hoÆc tû sè gi÷a sè ®o ë c¸c cöa sæ I vµ II. H×nh 5.29. S¬ ®å khèi m¸y ®o tiÕt S¬ ®å khèi cña m¸y giÕng trong diÖn n¬tron nhiÖt 164
ph−¬ng ph¸p ®o tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 5.29. Trong s¬ ®å: 1- khèi m¹ch ®iÖn tö, 2- detector, 3- m¸y ph¸t xung n¬tron, 4- c¸p dÉn tÝn hiÖu. C¸c gi¸ trÞ ®o mËt ®é n¬tron ë c¸c cöa sæ thêi gian I vµ II ®−îc sö dông ®Ó tÝnh tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« Σabs t¹i ®iÓm ®o theo biÓu thøc (5.45). Trong c¸c biÓu thøc trªn ®©y, ∆t lµ kho¶ng thêi gian tÝnh b»ng µs tõ gi÷a cöa sæ I ®Õn gi÷a cöa sæ II. Cuèi cïng tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« ®−îc biÓu diÔn trªn ®−êng cong biÓu thÞ sù thay ®æi tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt cña c¸c líp ®Êt ®¸ trong l¸t c¾t ë thµnh giÕng khoan. Khi ®o trong c¸c giÕng khoan cã èng chèng th× phÐp ®o Σabs ®−îc tiÕn hµnh ®ång thêi víi c¸c phÐp ®o GR vµ ®o x¸c ®Þnh vÞ trÝ ®Çu nèi èng chèng. H×nh 5.30 lµ mét vÝ dô biÓu diÔn kÕt qu¶ ®o Σabs vµ tû sè N1/F1 lµ sè ®Õm (xung/s) ë c¸c detector gÇn vµ xa trong cöa sæ thêi gian 1. §−êng tû sè (ratio) thÓ hiÖn sù thay ®æi cña ®é lç rçng hoÆc ¶nh h−ëng cña khÝ (thiªn vÒ bªn ph¶i, thÓ hiÖn ®é rçng gi¶m hoÆc khÝ t¨ng, tr¸i - t¨ng hoÆc khÝ gi¶m). §−êng Σ (sigma) cïng cã ý nghÜa t−¬ng tù ®ång thêi ®Ó ph©n biÖt chÊt l−u b∙o hoµ dÇu/n−íc. B¶ng 5.7 lµ c¸c gi¸ trÞ tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt Σabs vµ thêi gian sèng trung b×nh τ cña c¸c n¬tron nhiÖt trong c¸c lo¹i ®¸ th−êng gÆp. Cã thÓ dùa vµo c¸c gi¸ trÞ ∑ vµ τ trong b¶ng 5.7 khi ph©n tÝch ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l−îng kÕt qu¶ ®o. §é kho¸ng ho¸ cña n−íc vØa cã ¶nh h−ëng rÊt m¹nh ®Õn gi¸ trÞ ®o Σabs vµ τ cña c¸c líp ®¸ b∙o hoµ n−íc. §é mÆn trong n−íc vØa cµng cao th× Σabs cµng t¨ng H×nh 5.30. Mét thÝ dô biÓu diÔn kÕt cao vµ τ cµng gi¶m. qu¶ ®oΣabs DÇu th« khi kh«ng hoµ tan khÝ sÏ 165
cã ®Æc tÝnh n¬tron gièng nh− n−íc ngät v× chØ sè HI cña chóng lµ xÊp xØ b»ng nhau, v× vËy c¸c gi¸ trÞ Σ vµ τ trong n−íc vµ trong dÇu sÏ nh− nhau. B¶ng 5.7 Σabs (1021 barn/cm3) τ (µs) Tªn ®¸, kho¸ng vËt Th¹ch anh 3.5 - 4.3 1060 C¸t kÕt 9.0 500 Dolomit 6.8 - 7.2 630 §¸ v«i 1.0 - 14.0 325 - 650 Anhydrit 12.1 360 Acgilit 20 - 40 215 - 108 N−íc ngät 22.2 210 DÇu th« 22.2 210 Xim¨ng (Portland) 13.0 335 VØa chøa khÝ cã gi¸ trÞ Σabs vµ τ phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn khÝ. Trong tù nhiªn ta cã thÓ gÆp mét sè c¸c nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt cao h¬n Clore nh−: Bore (750 barn), Liti (70 barn). d) Ph¹m vi øng dông c¸c ph−¬ng ph¸p ®o Σabs vµ τint Ph−¬ng ph¸p tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron ®−îc ¸p dông ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau: - X¸c ®Þnh ranh giíi dÇu/n−íc, khÝ/n−íc trong c¸c giÕng khoan khai th¸c. - §¸nh gi¸ tiªu hao n¨ng l−îng vØa trong tÇng khai th¸c khÝ, dùa vµo sù thay ®æi Σabs cña khÝ theo ¸p suÊt. - Khoanh ®Þnh phÇn chøa khÝ trong tÇng c¸t cã n−íc vØa lµ n−íc ngät. - Gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò kü thuËt trong giÕng khoan: Tr¸m xim¨ng, c¸ch ly vØa, x¸c ®Þnh vÞ trÝ më vØa khai th¸c. - X¸c ®Þnh SW trong tÇng chøa ë c¸c giÕng khoan khai th¸c. DÔ dµng nhËn ra sù gièng nhau gi÷a ®−êng cong ®o thêi gian sèng trung b×nh cña c¸c n¬tron nhiÖt víi ®−êng cong ®o ®iÖn trë suÊt Ra. Cã nh− vËy lµ v× trong vØa chøa c¶ hai ®¹i l−îng τ vµ Ra ®Òu t¨ng theo hµm l−îng hydrocacbon vµ gi¶m khi ®é kho¸ng ho¸ n−íc vØa vµ ®é sÐt trong ®¸ t¨ng. ¦u ®iÓm cña phÐp ®o τ lµ cã thÓ tiÕn hµnh c¶ trong c¸c giÕng khoan cã èng chèng vµ cho phÐp tÝnh nhanh c¸c tham sè vËt lý cña ®¸ chøa. 166
H¹n chÕ cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ phÐp ®o rÊt nh¹y víi sù thay ®æi ®é lç rçng vµ hµm l−îng c¸c nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ lín. V× thÕ nã kÐm hiÖu qu¶ khi nghiªn cøu c¸c ®èi t−îng ®¸ chøa cã ®é kho¸ng ho¸ cña n−íc vØa thÊp (
28 26 23 30 n¬tron lµ: 13 Al , 14 Si , 17 Cl , 12 Mg , 55 Mn , 11 Na , 27 37 56 65 19 51 16 Fe , Cu , F, V, O, Si . 25 26 29 9 23 8 14 Chóng cã ph¶n øng h¹t nh©n khi b¾t gi÷ n¬tron: Mn+ 0 n1 → 25 Mn + γ 55 56 25 V + 0 n1 → 52 V + γ 51 23 23 Na + 0 n1 →11 Na + γ 23 24 11 F + 0 n1 → 20 F + γ (1,7 MeV ) 19 9 9 Fe+ 0 n1 → 25 Mn+ 1 H + γ 56 56 1 26 Si + 0 n1 →13 Al + 1 H + γ 28 28 1 14 O + 0 n1 →16 N + 1 H + γ 16 1 8 7 Ho¹t tÝnh kÝch ho¹t cña c¸c nguyªn tè cã thÓ kh¸c nhau khi va ch¹m víi n¬tron 28 nhiÖt hay n¬tron nhanh. Ch¼ng h¹n 13 Al lµ kÕt qu¶ kÝch ho¹t b»ng n¬tron nhiÖt ®èi víi 27 ®ång vÞ 13 Al (cã tiÕt diÖn kÝch ho¹t b»ng 0,215 barn) nh−ng còng cã thÓ lµ s¶n phÈm 28 23 cña 14 Si (cã tiÕt diÖn b»ng 0,250 barn) khi bÞ b¾n ph¸ b»ng n¬tron nhanh; 11 Na cã tiÕt diÖn b»ng 0,530 barn ®èi víi n¬tron nhiÖt, cßn trong c¸c ph¶n øng (n,p) cña nguyªn tè s¾t th× chØ cã tiÕt diÖn b»ng 0,150 barn, Ho¹t tÝnh gamma kÝch ho¹t t¹o ra do chiÕu x¹ b»ng n¬tron cã quan hÖ víi liÒu chiÕu n¬tron vµ ®Æc tr−ng cña h¹t nh©n cã mÆt trong m«i tr−êng vµ c¸c s¶n phÈm sau kÝch ho¹t theo biÓu thøc sau:    0,693t i A = N 0 ∑ Φ1 − exp −  (5.54)   T    Trong ®ã: A - Ho¹t ®é gamma do chiÕu x¹ n¬tron (xung/s). N0 - Sè nguyªn tö bÞ kÝch ho¹t cã trong m«i tr−êng. ∑ - TiÕt diÖn ngang (cm2). Φ - Luång n¬tron (n¬tron/cm2/s). ti - Thêi gian chiÕu x¹. T - Chu kú b¸n r∙ cña nuclid t¹o thµnh. KÕt qu¶ ®o kÝch ho¹t cßn phô thuéc vµo sù lùa chän thêi gian chiÕu x¹ n¬tron vµ thêi ®iÓm ®o bøc x¹ gamma kÝch ho¹t sao cho phï hîp víi nguyªn tè nghiªn cøu. 168
5.3.5.5.2. S¬ ®å Zond ®o kÝch ho¹t phãng x¹ H×nh 5.31 lµ mét thÝ dô cña s¬ ®å m¸y giÕng ®o kÝch ho¹t phãng x¹ ®èi víi nguyªn tè Flore ( 19 F ) cã tiÕt diÖn kÝch ho¹t b»ng 2,4.10- 9 37 2 cm . Khi h¹t nh©n F b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt th× 4 20 cã kÕt qu¶ sinh ra ®ång vÞ 9 F , cã chu kú b¸n r∙ lµ 11,7 sec vµ bøc x¹ gamma kÝch ho¹t cã n¨ng l−îng ∼ 1,7MeV. 3 L = 1m Trong s¬ ®å: 2 1- Nguån ph¸t n¬tron (PoBe) 1 2- Mµn hÊp thô n¬tron b»ng parafin. 3- Khèi s¬ ®å ®iÖn tö. H×nh 5.31. S¬ ®å m¸y giÕng ®o kÝch ho¹t phãng x¹ 4- Detector ®o bøc x¹ gamma. 19 F còng cã thÓ g©y ph¶n øng sau ®©y khi va Ta biÕt r»ng nguyªn tè ®ång vÞ 9 ch¹m víi n¬tron: F + 0 n1 = 20 F →16 N + γ (5 − 6 MeV ) 19 (5.55) 9 9 7 Nuclid míi t¹o thµnh 16 N cã chu kú b¸n r∙ b»ng 7 gi©y. V× vËy, nÕu chän thêi 7 gian ®o lµ ∆t = 7 sec sau khi kÝch ho¹t th× ta ®o ®−îc c¸c gamma kÝch ho¹t cã n¨ng l−îng cao (5-6MeV) nh−ng chØ chiÕm 25%. NÕu chän thêi gian ®o lµ 12 sec th× c¸c gamma kÝch ho¹t chØ cã n¨ng l−îng kho¶ng 1,7MeV nh−ng chóng chiÕm tíi 75% tæng sè c¸c gamma kÝch ho¹t. 5.3.5.5.3. Ph©n tÝch kÕt qu¶ Víi s¬ ®å m¸y giÕng nh− h×nh 5.31 khi nghiªn cøu giÕng khoan th¨m dß quÆng fliorit (CaF2) ng−êi ta chän kho¶ng c¸ch L = 1m. Tèc ®é kÐo th¶ c¸p ®o lµ 300m/h ®Ó 20 cho phï hîp víi chu kú b¸n r∙ cña 9 F lµ T = 12 gi©y. Khi th¶ m¸y giÕng tõ trªn xuèng (ghi ®−êng cong thø nhÊt) phÐp ®o lµ tæng cña c¸c gi¸ trÞ: Gamma tù nhiªn (GR), Gamma kÝch ho¹t (GKH) vµ Gamma - N¬tron (GN): 1 = GR + GN + GKH (®−êng cong 1) Khi kÐo m¸y giÕng tõ d−íi lªn (ghi ®−êng cong thø 2). 2 = GR + GN (®−êng cong 2) Khi chËp hai ®−êng cong 1 vµ 2 lªn nhau ta dÔ dµng nhËn ra vÞ trÝ th©n quÆng CaF2 lµ ®o¹n ®−êng cong 1 lín h¬n ®−êng cong 2 ®óng b»ng gi¸ trÞ GHK (H×nh 5.32). 169
ν νν Xung/gi©y 1= GR + GN + GKH - νννν ν νν 2= GR + GN νννν 1-2 = 0 0 + GKH ∼ ∼∼∼ ∼∼∼ B»ng c¸ch t−¬ng tù ta cã thÓ ∼ ∼∼∼ ∼∼∼ 1 chän kÝch th−íc L, tèc ®é kÐo c¸p v, ∼ ∼∼∼ thêi gian chiÕu x¹ ti, thêi ®iÓm ®o ∼∼∼ ∼ ∼∼∼ gamma kÝch ho¹t, n¨ng l−îng n¬tron vµ c«ng suÊt nguån, sao cho phï hîp víi chu kú b¸n r∙ T cña ®èi t−îng CaF2 GKH nghiªn cøu míi. 2 Ch¼ng h¹n ®èi víi nguyªn tè 28 ®ång vÞ nh«m ( 13 Al ) cã T = 2,27 phót, Vanadi ( 52 V ) cã T = 3,9 phót, §Ó 23 b¾n ph¸ vµo bia Clore (Cl), theo ph−¬ng ph¸p Clore th× n¬tron “®¹n” ph¶i cã n¨ng l−îng 6,7MeV, cßn ®èi víi Oxy theo ph−¬ng ph¸p kÝch ho¹t H×nh 5.32. M« pháng d¸ng ®iÖu phãng x¹ Oxygen th× n¨ng l−îng ®ã ®−êng cong ®o kÝch ho¹t phãng x¹ ph¶i ≥ 10MeV, nghiªn cøu qu¹ng CaF2 5.2.5.5.3. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p Ngµy nay, trong c«ng nghiÖp dÇu khÝ ph−¬ng ph¸p kÝch ho¹t phãng x¹ nh− ph−¬ng ph¸p Clorin hay ph−¬ng ph¸p oxygen ¸p dông trong c¸c tr−êng hîp n−íc vØa kho¸ng ho¸ cao vµ kho¸ng ho¸ thÊp ®Ó theo dâi sù thay ®æi vµ x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña ranh giíi dÇu/n−íc ë c¸c giÕng khoan cã èng chèng. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy dùa trªn c¬ së vØa chøa n−íc th× cã Oxy vµ Cl trong c¸c muèi kho¸ng lµ hai nguyªn tè cã thÓ bÞ kÝch ho¹t phãng x¹, trong khi ®ã ë vØa dÇu th× chóng gÇn nh− v¾ng mÆt. Trong th¨m dß quÆng, ph−¬ng ph¸p kÝch ho¹t phãng x¹ sö dông ®Ó t×m kiÕm vµ th¨m dß c¸c quÆng ®a kim cã chøa c¸c nguyªn tè trong nhãm sau ®©y: Al, Mn, F, Cu, Fe, Ag, Au, 170