Fənn: Quyularda geofiziki tədqiqatlar Mövzu

II FƏSİL. Neytron karotajı
2.1. Stasionar neytron üsulları ilə quyu kəsilişlərinin öyrənilməsi.

Neytron nüvə hissəciyi olub, elektrik yükünə malik deyil. Neytronun kütləsi protonun kütləsindən o qədər də fərqlənməyir, lakin elektronun kütləsindən 1835 dəfə böyükdür. Enerjisinə görə bir neçə qruppa bölünür: soyuq, isti, yavaş, rezonans, aralıq, sürətli. Enerjisi istilik neytronlarından böyük olan neytronlar istilik üstü neytronlar adlanır. Neytronun enerjisi artdıqca onun sürəti artır.

Neytronların süxurlarla qarşılıqlı təsiri üç cür olur: elastiki əksolma, qeyri elastiki əksolma, neytronun udulması.
Elastiki əks olma zamanı neytronla nüvə arasında knetik enerjinin yenidən bölüşdrülməsi baş verir ki, bu zaman nüvə daxili vəziyyət dəyişilməz qalır. Nəticədə neytron enerjisinin müəyyən bir hissəsini itirir və əvvəlki hərəkət istiqamətindən kənarlaşır. Ən çox enerjini neytron hidrogen atomunun nüvəsi ilə qarşılaşdıqda itirir ki, bunada səbəb hidrogenin atom çəkisinin neytronun çəkisinə bərabər olmasıdır.
Qeyri elastiki əksolma ancaq sürətli neytronların əsasən ağır elementlərin nüvəsi ilə qarşılaşdıqda baş verir. Qeyri elastiki əksolma zamanı nüvənin tərkibi dəyişilmir, lakin o həyacanlanır. Bu zaman neytron özünün kinetik enerjisinin bir hissəsini nüvəyə verir ki, bu enerjidə onun həyacanlanmasına imkan yaradır. Nüvə öz əvvəlki vəziyyətinə qayıdan zaman bir və ya bir neçə qamma kvant şüalandırır.
Neytronun udulması, onun hərəkəti üçün sonuncu mərhələ olur. Yavaşımış istilik neytronu öz hərəkətini davam etdirir, lakin enerjisində dəyişiklik baş vermir. Hərəkətinin ikinci fazası diffuziya adlanır. Bu faza diffuziya uzunluğu ilə səciyyələnir. Bu uzunluq istilik neytronunun yaranması nöqtəsi ilə onun hər hansı bir elementinin nüvəsi tərəfindən udulması nöqtəsinə qədərki məsafədir.
Neytronlarla əlaqədar olan üsullar da 2 yerə bölünür
a) Stasionar neytron üsulları – buraya NQK (Neytron Qamma Karotajı) aiddir. Bu üsul neytron mənbə ilə süxurları şüalandıran zaman yaranan 2-ci dərəcəli γ
şüalanma intensivliyinin ölçülməsinə əsaslanır. NQK –dan başqa neytron karotajının istiliyə görə və istilik üstü modifikasiyaları da tətbiq olunur.
b) Qeyri-stasionar NK üsulları. Bu üsulun 2 modifikasiyası var.
1. İmpuls neytron-neytron karotaj üsulları mühitdə istilik neytronlarının sıxlığının ölçülməsinə əsaslanır.
2. İmpuls neytron γ karotaj üsulu- istilik neytronlarının udulması nəticəsində yaranan γ kvantlarının intensivliyinin ölçülməsinə əsaslanır.
Neytron üsulları süxurun neytronlarla şüalanmasına və radiasiyanın tutulmasının epitermal, istilik neytronlarının və qamma şüalanmasının qeydiyyatına əsaslanır. Stasionar neytron üsulları sabit şüalanma intensivliyi olan neytron mənbələrindən istifadə edir.
Neytronların karotajı neytronlarla maddə arasında aşağıdakı qarşılıqlı təsir proseslərinə əsaslanır . Zond qayaya yüksək enerjili neytronlar (bir neçə MeV) buraxır və bu neytronlar süxurun atomlarının nüvələri ilə toqquşur. Hər toqquşma ilə neytronlar enerji itirir, yavaşlayır və yavaş olur (termal). Üstəlik, enerjinin böyük hissəsi hidrogen atomunun nüvəsi ilə toqquşma zamanı itirilir. Moderasiya edilmiş neytronlar yayılır və nüvə tərəfindən tutula bilər, nüvələr isə qamma şüaları yayır. Neytronun uçuş anından yavaşlama anına qədər qət etdiyi məsafəyə yavaşlama uzunluğu deyilir . Neytronun yavaşlama anından nüvə tərəfindən tutulma anına qədər qət etdiyi məsafəyə diffuziya uzunluğu deyilir .



Şəkil 2.1.1. Neytron karotajı.

Neytron üsulları hidrogen tərkibinə və nəticədə məsaməliyə (məsamələr yağ və su ilə doldurulur) həssasdır. Neytron üsulları stasionar və ya impulslu neytron mənbələrindən istifadə edir. Müxtəlif zondlar qeydiyyatdan keçə bilər:

- qaya atomlarının nüvələri tərəfindən səpələnmiş neytronlar (NNK) - neytron-neytron karotaj;
- radiativ neytron tutulmasının qamma şüalanması (NGK) - neytron-qamma karotajı;
- neytronların nüvələr tərəfindən udulması zamanı əmələ gələn süni radioaktiv izotopların qamma şüalanması - neytronların aktivləşdirilməsinin karotajı.



Şəkil 2.1.2. Müxtəlif növ neytron karotajı.

Zondda neytron mənbəyi və mənbədən müəyyən məsafədə (zond uzunluğu) yerləşən neytron və qamma şüalanma detektoru var. Mənbədən birbaşa şüalanmanı udmaq üçün onunla detektor arasında ağır metal filtri (Fe, Pb, W və s.) və tərkibində hidrogen olan maddə (parafin, polietilen) yerləşdirilir.

NNK-n - neytron-neytron epitermal neytron karotajı : epitermal neytronları qeyd edir. Detektor mənbədən 40 sm məsafədə onu quyunun əks divarına sıxan qurğuda yerləşir. Probun radiusu 30 sm-dən çoxdur (hidrogen tərkibinə görə). Bu zond mürəkkəb litologiyaya malik quyularda işləyir. Gözenekliliyi təyin etmək üçün istifadə olunur. Üstünlük qaya və qazma mayesinin udma xüsusiyyətlərinin təsirinin olmamasıdır.
NNK-t - termal neytronlarda neytron-neytron karotajı : zond neytron mənbəyinə malikdir və formalaşma ilə tutulmayan termal neytronların sayını qeyd edir. Zond dərinliyi 30 sm-dir.Bu karotaj aşağı məsaməli zonalarda NNK-n-dən daha yaxşı həll edir. Bu zond korpuslu və açıq, maye ilə dolu quyularda işləyə bilər. İki detektorun istifadəsi quyunun təsirini kompensasiya edir. Bununla belə, minerallaşdırılmış su ilə doymuş süxurun uducu xüsusiyyətləri güclü təsir göstərir. NNK-t-nin tədqiqat radiusu NNK-n-dən daha böyükdür və nüfuz zonasından kənarda qazı aşkar etmək üçün istifadə edilə bilər. Məsaməliliyi, süxurların parçalanmasını və neft və sulu təbəqələrin izolyasiyasını təyin etmək üçün istifadə olunur.
NGK - neytron qamma karotajı : neytronların radiativ tutulmasının qamma radiasiyasını qeyd edir. Probun uzunluğu 40 və ya 50 sm-dir.Qamma şüalanmanın intensivliyi istilik neytronlarının sıxlığı ilə təxminən mütənasibdir və məsamə ilə bağlıdır. Metodun oxunuşlarına quyunun doldurulması, mayenin nüfuz zonası təsir göstərir. NNK-t ilə eyni problemləri həll edir.
Süxurların neytron xüsusiyyətləri yavaşlama uzunluğu və diffuziya uzunluğu ilə xarakterizə olunur. Yavaşlama uzunluğu mühitin ümumi hidrogen miqdarının artması ilə azalır. Ən kiçik yavaşlama uzunluqları yüksək hidrogen tərkibli süxurlarda müşahidə olunur.



Şəkil 2.1.3. Neytron karotajının növlərinin trayektoriyası.
Diffuziya uzunluğu hidrogen miqdarının və süxurlarda anomal yüksək nüvə tutma kəsikli elementlərin tərkibinin artması ilə azalır. Çöküntü süxurlarında və lay sularında bu elementlərdən ən çoxu xlordur. Yavaşlama uzunluğu və diffuziya uzunluğu da süxur matrisinin mineral və kimyəvi tərkibindən asılıdır.
Müxtəlif qanunlara əsasən müxtəlif hidrogen tərkibli homojen mühitlərdə istilik neytronlarının sıxlığı neytron mənbəyindən uzaqlaşdıqca azalır. Yavaşlama və diffuziya uzunluqlarının kiçik olduğu yüksək hidrogen tərkibli mühitdə kiçik məsafələrdə termal neytronların sıxlığı əhəmiyyətlidir və mənbədən uzaqlaşdıqca sürətlə azalır. Tərkibində daha az hidrogen olan bir mühitdə mənbəyə yaxın olan termal neytronların sıxlığı daha azdır və ondan uzaqlaşdıqca birinci halda olduğundan daha yavaş azalır.

Şəkil 2.1.4. Neytron şüalarının diaqramı.

NK ilə məsaməliliyin hesablanması üçün nəzəri düstur:

Şəkildə epitermal, termal neytronlar və OGK ilə müxtəlif süxurlar üçün neytron karotajının müqayisəli məlumatları göstərilir. Ən çox hidrogen miqdarı gil, palçıq daşları və mergellərdədir. Onlar yüksək məsaməliliyə malikdirlər və çoxlu miqdarda kimyəvi cəhətdən bağlı su ehtiva edirlər. Bu süxurlara qarşı tez-tez Vuqlar müşahidə olunur ki, bu da NW zondunun yaxınlığında orta hidrogen miqdarını artırır. Bu süxurlar, eləcə də gips (çoxlu bağlı su) NNK-n əyrilərində minimum qiymətlərlə işarələnmişdir.

Sıx az məsaməli əhəngdaşları, anhidritlər, eroziyaya uğramamış duzlar, tərkibində az hidrogen olan maqmatik və metamorfik süxurlar yüksək NNK-n göstəriciləri ilə xarakterizə olunur. Digər şeylər bərabər olduqda, formalaşma məsaməliliyi nə qədər yüksək olarsa, metod oxunuşları bir o qədər aşağı olar. Bu, NNK-n məlumatlarından formalaşma məsaməliliyini təyin etməyə imkan verir.
Neft və suda hidrogenin miqdarı təxminən eynidir, buna görə də bərabər məsaməliliyə malik neftlə doymuş süxurlar NNK-n üçün su ilə doymuş süxurlarla eyni göstəricilərlə xarakterizə olunur. Qaz daşıyan formasiyalar bərabər gözeneklilik üçün daha az hidrogen ehtiva edir, buna görə də yüksək oxunuşlarla qeyd olunur (nüfuz zonası yoxdursa).
Metodun oxunuşlarına quyunun diametrinin dəyişməsi, cihazın quyu divarından çıxarılması (gil tortunun olması) və quyunun iplə bərkidilməsi təsir göstərir.

• 
  Quyu diametrinin artırılması tədqiq olunan ərazidə hidrogenin miqdarını artırır, ona görə də göstəricilər azalır.
  
• 
  Alətin quyu divarından çıxarılması (palçıq tortunun qalınlığının artması və ya quyunun simlə örtülməsi səbəbindən) göstəricilərin azalmasına səbəb olur.
  
• 
  Quru quyuda NOC göstəriciləri doldurulmuş quyudan daha yüksəkdir.
  

Şəkil 2.1.5. Epitermal və termal neytron karotajının müqayisəli məlumatları.

Epitermal neytron sıxlığı metodu və ya başqa neytron - epitermal neytron logging (NNK-NT). Quyu lüləsi boyunca epitermal neytronların sıxlığının (enerjiləri 0,025-dən 1 eV-ə qədər) ölçülməsindən ibarətdir Epitermal neytronlar stasionar mənbədən süxurlarda enerjisi 10^5÷10^8 eV olan sürətli neytronların ləngiməsi nəticəsində əmələ gəlir.

Epitermal neytronların sıxlığı əsasən mühitin tənzimləyici xüsusiyyətləri (hidrogen tərkibi) ilə müəyyən edilir və praktiki olaraq onun udma xüsusiyyətlərindən asılı deyildir . Bu, NNK - NT-nin quyu tədqiqatının digər neytron üsullarından üstünlüyüdür.
Epitermal neytronların sıxlığı ( n _nt), yəni mühitin vahid həcminə düşən epitermal neytronların sayı ( N _nt) mənbədən (detektora qədər) məsafə ( r ) artdıqca azalır. Əks halda, qeydə alınmış epitermal neytronların sıxlığı probun uzunluğundan asılıdır ( L ). NW - NT zondlarından istifadə olunur :

• 
  əvvəlcədən inversiya - L ≤ ≈ 8 sm;
  
• 
  inversiya - L ≈ 8 ÷ 24 sm;
  
• 
  inversiyadan kənarda - L ≈ 24 ÷ 70 sm.
  

Qısa uzunluqlu zondlardan istifadə edərkən (pre-inversiya) NNK-NT oxunuşlarının süxurdakı hidrogen miqdarından birbaşa asılılığı var . Böyük uzunluqlu zondlardan (həddindən artıq inversiya zondlarından) istifadə edərkən NNK-NT göstəricilərinin süxurdakı hidrogen miqdarından tərs asılılığı müşahidə olunur. İnversiya zondları ilə NNK - NT oxunuşları süxurun hidrogen tərkibindən asılı deyildir.
Zond ölçüsünün dəyişdirilməsi epitermal neytron sıxlığı metodunun dərinliyinə təsir göstərir: zond ölçüsü artdıqca dərinlik də artır. Həddindən artıq inversiya zondları ən böyük tətbiqi tapdı. NW-lərin - NT-lərin tədqiq radiusu təxminən 25 sm-dir və mühitin hidrogen tərkibindən asılıdır. Az məsaməli təmiz qumdaşlarında, sıx karbonatlı, qazdaşıyan birləşmələrdə daha çox, neft və ya su, gil çöküntüləri, gipslə doymuş yüksək məsaməli süxurlarda isə azdır.
Epitermal neytron detektoruna mütənasib bor-ftor qaz boşalma sayğacları və xarici tərəfdən parafin-bor filtri ilə əhatə olunmuş termal neytron ssintilasiya sayğacları daxildir.
Quyunun ölçülməsi şərtləri (gil tortu, quyunun diametri, korpus, sement daşı, lay qalınlığı) NNK - NT göstəricilərinə təsir göstərir. Epitermal neytronlarla neytron-neytron karotajı geoloji bölmənin litoloji bölünməsi, süxurların məsaməliliyinin təyin edilməsi, qaz-su və qaz-neft kontaktlarının işarələnməsi üçün istifadə olunur.
Qazdaşıyan təbəqələrin seçilməsində, qaz-maye kontaktında, qazla doyma əmsalının təyinində NDT-nin effektiv tətbiqi sahələri bunlardır:
NNK-NT üçün - quyu diametri 200 mm-dən çox olmayan istənilən hidrogen tərkibli süxurlar;
NNK-T üçün - qazma diametri 250 mm-dən çox olmayan hidrogen tərkibi 10%-dən çox olan süxurlar;
Neft və qaz kondensatları üçün, tərkibində hidrogenin miqdarı 20%-dən az olan süxurlar.
Qeyd nöqtəsi tək zondlu cihazlar üçün mənbə ilə detektor arasındakı məsafənin ortası və kompensasiya edilmiş (iki zondlu) cihazlar üçün iki detektor arasındakı ortadır.
Tədqiqat sahəsinin diametri nisbətən kiçik olduğundan (təxminən 20-30 sm) bütün stasionar neytron üsullarının göstəricilərinə quyu diametrinin dəyişməsi, alətin quyu divarından çıxarılması (məsələn, gil tortunun olması) və quyu çəpəri. Buna görə də neytron üsullarının nəticələrinin kəmiyyət şərhi sadalanan quyu amillərinin təsirinin nəzərə alınmasını tələb edir. Düzəlişlər həmçinin geoloji amilləri - süxurların sıxlığını və litologiyanı nəzərə almalıdır.
Epitermal neytronlara əsaslanan neytronların qeydiyyatı - NNK-NT
NNK-NT-də sürətlidən epitermikə (eV vahidləri) yavaşlamış neytronların sıxlığı ölçülür. Göstəriciyə çatan neytronların sayı cihazın yerləşdiyi mühitdə neytron moderasiyası prosesinin xüsusiyyətləri ilə müəyyən edilir. Homojen mühitdə təxminən F neytron axınının sıxlığının azalması qanunu aşağıdakı düsturla təmsil oluna bilər:

burada Q mənbənin intensivlik gücüdür [neytr./s]; χ mühitin ləngitmə qabiliyyətidir; L neytronun yavaşlamadan əvvəl qət etdiyi orta-kvadrat məsafəsini xarakterizə edən yavaşlama parametridir. Hidrogen anomal səpilmə kəsiyinə malikdir və orta hesabla bir neytron onunla toqquşduqda ən çox enerji itirir. Buna görə də yavaşlama parametri L, süxurda hidrogen konsentrasiyasının artması ilə azalır və NNK-NT göstəriciləri birmənalı olaraq hidrogen konsentrasiyası ilə bağlıdır.
NNK-NT göstəricilərinin süxurun sululuğundan asılılığının təbiəti mənbədən müxtəlif məsafələrdə fərqlidir. Mənbədən qısa məsafələrdə (adətən 10-30 sm-ə qədər) metodun oxunuşları hidrogen miqdarının azalması ilə azalır. Böyük məsafələrdə, əksinə, süxurda hidrogen miqdarının azalması ilə göstəricilər artır.

Şəkil 2.1.6. Su ilə doymuş qumdaşıda hidrogen tərkibinin müxtəlif qiymətləri üçün epitermal neytron sıxlığının zond uzunluğundan asılılığı.
Sıx, az məsaməli əhəngdaşları, anhidritlər, eroziyaya uğramamış duzlar, maqmatik və metamorfik süxurlar və tərkibində az miqdarda hidrogen olan başqaları NNK-NT əyrilərində ən yüksək göstəricilərlə xarakterizə olunur. Aralıq göstəricilər orta məsaməli süxurlardır: məsaməli əhəngdaşları və dolomitlər, qumdaşları. Digər şeylər bərabər olduqda, formalaşma məsaməliliyi nə qədər yüksək olarsa, metod oxunuşları bir o qədər aşağı olar. Bu, NNK-NT məlumatlarından lay məsaməlik əmsalını təyin etməyə imkan verir. kəmiyyətini təyin edərkəngöstəricilər quyu amillərinin (deşik diametri, palçıq tortunun olması və qalınlığı), eləcə də tərkibində kimyəvi cəhətdən bağlı su olan gil və digər mineralların təsirinə görə düzəldilməlidir. Neft və suda hidrogenin miqdarı təxminən eynidir, ona görə də bərabər məsaməliliyə malik neftlə doymuş süxurlar su ilə doymuş süxurlarla eyni göstəricilərlə xarakterizə olunur.
Nəticə

Neytronların karotajı neytronlarla maddə arasında aşağıdakı qarşılıqlı təsir proseslərinə əsaslanır . Zond qayaya yüksək enerjili neytronlar (bir neçə MeV) buraxır və bu neytronlar süxurun atomlarının nüvələri ilə toqquşur. Hər toqquşma ilə neytronlar enerji itirir, yavaşlayır və yavaş olur (termal). Üstəlik, enerjinin böyük hissəsi hidrogen atomunun nüvəsi ilə toqquşma zamanı itirilir. Moderasiya edilmiş neytronlar yayılır və nüvə tərəfindən tutula bilər, nüvələr isə qamma şüaları yayır. Neytronun uçuş anından yavaşlama anına qədər qət etdiyi məsafəyə yavaşlama uzunluğu deyilir . Neytronun yavaşlama anından nüvə tərəfindən tutulma anına qədər qət etdiyi məsafəyə diffuziya uzunluğu deyilir .

Neytron üsulları hidrogen tərkibinə və nəticədə məsaməliyə (məsamələr yağ və su ilə doldurulur) həssasdır. Neytron üsulları stasionar və ya impulslu neytron mənbələrindən istifadə edir. Müxtəlif zondlar qeydiyyatdan keçə bilər:
- qaya atomlarının nüvələri tərəfindən səpələnmiş neytronlar (NNK) - neytron-neytron karotaj;
- radiativ neytron tutulmasının qamma şüalanması (NGK) - neytron-qamma karotajı;
- neytronların nüvələr tərəfindən udulması zamanı əmələ gələn süni radioaktiv izotopların qamma şüalanması - neytronların aktivləşdirilməsinin karotajı.