Mélyfúrási geofizika Balázs László

Ugyancsak nagy (50 %), porozitások mérhetők gipsz csíkoknál. Só rétegeknél a Cl abszorpciós hatása miatt kis
neutronporozitás értékek láthatók.
11.8. ábra. Neutronporozitás mérés eredményének megjelenítése (Phin szelvény – 3. sáv). Az ábrán látható, hogy
a sűrűségszelvényezés és neutronmérések eredményeinek megfelelően skálázott megjelenítésével (neutron-density
overlay), a gázhatás jellegzetes elválással jelentkezik (sárgával satírozott tartományok)
11.5. Pulzált forráshoz kapcsolódó
neutronmódszerek
11.5.1. Neutronélettartam szelvényezés
A neutrongenerátor impulzusszerű gyorsneutron csomagot küldd a mérendő közegbe (14 MeV-es energiával). A
neutronok néhány μs alatt lassulnak a termikus energiákra, majd az abszorpcióval végződő diffúzió fázisa következik.
A probléma közelítő leírására alkalmas, termikus neutronokra vonatkozó időfüggő diffúziós egyenlet:
(11.15.)
.
A termikus neutronsűrűség megváltozása két tényezőtől függ. Ha nagy kiterjedésű, közel egyenletes eloszlású
neutron felhőből indulunk, akkor 11.14 egyenletben az első tag (térváltozók szerinti deriváltak) elhanyagolható.
A termikus neutronok kezdeti eloszlása valóban kiterjedt, aszerint, hogy a gyors neutronok a termalizációig mekkora
távolságra jutottak el. A kiterjedt termikus felhő abszorpciójának leírására, ekkor egy exponenciálisan lecsengő
folyamat differenciálegyenletét kapjuk:
90
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

(11.16.)
.
Melynek megoldása a kezdeti termikus neutronsűrűséggel (n
0
):
(11.17.)
.
A megoldásként kapott exponens időállandója:
(11.18.)
.
A képletben szereplő termikus neutron sebesség 2200 m/s körüli, hőmérséklettől függő érték.
Az elhanyagolt tag a termikus fluxustér térbeli inhomogenitásaiból származó diffúziós veszteség. Ehhez is
rendelhetünk időállandót, ha korrigálni akarjuk az egyenletes eloszlású termikus térre felírt időfüggést.
A gyakorlatban ezt a hatást elhanyagolják és az időállandó méréséből látszólagos makroszkopikus abszorpciós
hatáskeresztmetszetet származtatnak (11.17.), melyre felírható a lineáris kőzetfizikai egyenlet:
(11.19.)
.
Tároló kőzetek esetére:
(11.20.)
.
A fenti összefüggés felhasználható víztelítettség becslésekre ismert porozitású tárolók esetén.
Néhány kőzetalkotó makroszkopikus abszorpciós hatáskeresztmetszete:
Σ
a
(1/cm)
Kőzetalkotó
0.00432
Homokkő
0.0071
Mészkő
0.0047
Dolomit
0.0047
Anhidrit
0.022
Víz
0.016-0.02
Olaj
0.02-0.06
Agyag
11.3. táblázat Kőzetalkotók makroszkopikus abszorpciós hatáskeresztmetszetei(forrás: Ellis 2007)
A szénhidrogének és víz közötti kontraszt kialakulása és így a víztelítettségre való érzékenység nagyban függ a
rétegvíz sótartalmától, amely meghatározza a rétegvíz termikus abszorpciós hatáskeresztmetszetét. (11.9. ábra)
91
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

11.9. ábra. A rétegvíz makroszkopikus abszorpciós hatáskeresztmetszetének szalinitás függése. (a használt egység
c.u. = 10
-3
cm
-1
) (Ellis 2007)
A neutron élettartammérések leggyakoribb felhasználási területe a beléscsövezett fúrásokban történő rezervoár
állapotfelmérés, víz-olaj vagy víz-gáz fázishatár meghatározása. A vascső hatása a neutronteret kevéssé módosítja.
Az eszköz forrása neutrongenerátor, melynek impulzusait követő 1-2 ms-os időtartamnál mérik a termikus
neutronoktól származó jel lecsengését. A mérést leginkább a neutron abszorpciót követő karakterisztikus gammafoton
intenzitásra alapozzák (PNC – Pulsed Neutron Capture) a könnyebb detektálás miatt, és nem termikus
neutronmérésre. Ugyanis a neutronbefogásnál a felszabaduló neutron kötési energia az atommagot gerjeszti és a
gerjesztett állapotból a mag a gerjesztési energiát részben-vagy egészben gamma foton formájában kisugározva
kerülhet alapállapotba (befogási gamma foton).
11.10. ábra. Neutronélettartam mérések időbeli lefolyása és a regisztrálható impulzusszám-idő függvény. Időben
is jól elkülönül a fúrólyukban termalizálódótt neutronoktól származó jel. A hatáskeresztmetszet meghatározása a
lecsengő jel időállandója alapján, függvényillesztéssel történik
92
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

A tér lecsengését gamma detektorral meghatározott időkapunkban rögzített gamma intenzitás alapján határozzák
meg. A lecsengési görbe első 100 μs-os szakaszán eltérő meredekségű szakasz látható, amely a fúrólyukban (a
magas hidrogén koncentráció miatt) gyorsan termalizálódó neutronoktól származik. A fúrólyuk jel tehát időben
szeparálható a formáció jelétől.
Több (közeli és távoli) detektor alkalmazásával a diffúziós komponens is becsülhető.
A mérés kivitelezhető neutrondetektorok alkalmazásával is (PNN szonda), a termikus neutrontér lecsengésének
közvetlen mérésével. (11.11. ábra) Neutron mérések esetén az adatrendszer szórását növelő háttér kisebb. Két
neutron detektor alkalmazásával, az időkapukban mért jelek hányadosával a neutron porozitás is becsülhető,
hasonlóan a CNL eszköznél alkalmazott eljáráshoz.
11.11. ábra. Neutronélettartam mérés eredménye és interpretációja. A makroszkopikus hatáskeresztmetszet a 3.
sávban látható.
11.5.2. Neutronaktivációs módszerek
Az impulzusüzemű neutronmérések felhasználhatók a vizsgált kőzet elemösszetételének meghatározására is. A
14 MeV-es neutronok a vizsgált közeg atommagjaival már többféle karakterisztikus gamma kibocsátásával járó
magreakcióban is részt vehetnek. Gamma spektrum mérésével, a karakterisztikus gamma fotonok energiájának
meghatározásával általában azonosítható a kibocsátó atommag, míg a fotonok száma a kibocsátó atommagok
koncentrációjával lesz arányos.
A legfontosabb gamma kibocsátással járó magreakciók, a rugalmatlan szórás, mikor a neutron gerjeszti a szóró
atommagot, illetve a neutronbefogás vagy más néven (n,γ) reakció, mikor a befogott neutron felszabaduló kötési
energiája gerjeszti a befogó magot. Az előbbi – az atommag energianívóinak megfelelően – főként magasabb
neutron energiákon jellemző küszöbenergiás reakció, míg a befogás a termikus neutronok jellemző reakciója,
melynél nincs küszöbenergia.
A fenti folyamatok modellezése csatolt neutron-gamma transzport probléma megoldását jelenti. Azaz a rugalmatlan
szórással generált gamma kibocsátásnál, a gyorsneutron fluxus (Φ
1
) eloszlásra van szükségünk, hogy a
93
Neutronmérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---