Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương 5 ppt

152 5.3.5.2.1. Các loại máy giếng dùng trong các phơng pháp nơtron Mỗi công ty dịch vụ có thiết kế riêng máy giếng (Zond) để đo các phơng pháp nơtron. Sau đây là một số kiểu máy đo trong giếng khoan của công ty Schlumberger: - GNT (Gamma-ray/Neutron Tool) có một detector đo các gamma chiếm giữ - có màng Cadmi ngăn ảnh hởng của sự thay đổi độ khoáng hoá nớc vỉa, bắt giữ các nơtron nhiệt biến chúng thành các tia gamma. Phép đo dùng đơn vị API. - SNP (Sidewall Neutron Porosity Tool) đo các nơtron trên nhiệt. Nguồn và detector gắn trên tấm đệm để tỳ vào thành giếng khoan. Thiết bị tính chuyển đổi trực tiếp từ đơn vị xung/giây ra đơn vị độ rỗng đá vôi. - CNT (Compensated Neutron Tool) dùng máy giếng có hai detector để loại trừ ảnh hởng của giếng khoan và thờng đợc đo áp sờn. Số đếm (xung/giây) từ các detector xa và gần đợc đa lên máy trên mặt đất và tính chuyển thành đơn vị độ rỗng theo bản chuẩn riêng hoặc tự động tính theo công thức thực nghiệm cho các nền xơng đá khác nhau (cát kết, vôi, dolomit,). Thiết bị này có hai biến thể: CNT-A (cả hai detector đều đo nơtron nhiệt) và CNT-G (các detector đo cả nơtron nhiệt và trên nhiệt). - TDT (Thermal Decay Time) dùng máy phát xung nơtron chiếu xạ vào môi trờng đất đá các nơtron có năng lợng cao (14MeV). Trong khoảng thời gian giữa hai xung phát, tiến hành đo các nơtron nhiệt và tính thời gian sống trung bình của chúng. Ta biết rằng, thời gian sống trung bình của một nơtron trong chân không dài tới 13 phút, còn trong đất đá thì ngắn hơn rất nhiều. Ví dụ: Trong muối mỏ, thời gian đó chỉ là 5 às, trong thạch anh là 900às. Trong vỉa nghiên cứu đời sống của nơtron chủ yếu phụ thuộc vào hàm lợng nguyên tố clore là nguyên tố có tiết diện bắt giữ nơtron nhiệt lớn hơn nhiều, vì vậy có thể dùng để phân biệt chất lu bo hoà trong thành hệ ở sau ống chống là dầu hay nớc. Trong nớc vỉa có chứa clore, còn trong dầu thì không. Chuẩn khắc độ cho Zond đo và đơn vị đo của các phơng pháp nơtron: Trớc đây, mỗi công ty dịch vụ đều có hệ thống đơn vị đo của riêng mình đối với nơtron. Ví dụ: xung/s, cps (Schlumberger), đơn vị nơtron chuẩn (PGAC), đơn vị môi trờng (Lane Well), Học viện dầu khí Mỹ đ chuẩn hoá đơn vị nơtron API và trở thành đơn vị nơtron dùng chung cho tất cả 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 7 7/8 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 đậy nắp bằng thép. Từ dới lên lần lợt là khối đá vôi Austin có độ lỗ rỗng 26%, khối đá vôi ấ n độ, chỉ số độ rỗng 19% bên trên là khối đá cẩm thạch (đá vôi biến chất) có chỉ số độ rỗng 1,9% và trên cùng là lớp nớc ngọt có chỉ số độ rỗng là 100%. 153 Đặt Zond đo nơtron không có nguồn S vào vị trí chính giữa khối trụ đá vôi có chỉ số độ rỗng 19%, lấy số đo thứ nhất (không có nguồn)(I nn (1) ). Lắp nguồn S vào Zond đo và cũng đặt ở vị trí đo ban đầu, lấy số đo thứ hai (có nguồn)(I nn (2) ). Đơn vị API (nơtron) đợc định nghĩa: )33.5( 1000 1 )1()2( nnnn II API = Các phơng pháp đo nơtron trong giếng khoan hiện đại đều tính trực tiếp ra độ lỗ rỗng N hay đơn vị chỉ số hydro. Phép tính chuyển đổi từ API ra các tham số vừa nêu đều đợc thực hiện tự động theo một hàm số hồi quy thực nghiệm hoặc một phần mềm theo thời gian thực có tính đến sự phù hợp giữa máy giếng và máy trên mặt đất. Thiết bị máy giếng đo nơtron đợc chuẩn hoá trong đá vôi và nớc l. Các phép hiệu chỉnh có thể đợc thực hiện trong thời gian đo ghi hay muộn hơn nhờ sự giúp đỡ của các bản chuẩn tơng ứng với nền của pha cứng và độ mặn (Xem hình 5.22). 5.3.5.2.2. Chiều sâu nghiên cứu và độ phân giải Chiều sâu đâm xuyên của các nơtron vào đất đá ở thành giếng khoan thay đổi tỷ lệ nghịch với độ lỗ rỗng của đá. Độ rỗng của đá tăng thì chiều sâu đâm xuyên của nơtron trong đá giảm. Chiều sâu nghiên cứu của Zond đo nơtron trong giếng khoan vì vậy cũng phụ thuộc vào độ rỗng của đất đá. Ngoài ra còn phụ thuộc vào kích thớc của Zond (chiều dài từ nguồn S đến detector D). Theo định nghĩa chiều sâu nghiên cứu của phép đo nơtron là khoảng chiều sâu tính từ thành giếng khoan đến khoảng L để phần đất đá trong môi trờng nghiên cứu bao bởi chiều sâu đó có đóng góp 90% tín hiệu toàn phần của phép đo. Đặc trng đó của mỗi Zond đo nơtron đợc thể hiện qua một tham số gọi là yếu tố tích luỹ giả hình học (Intergrated pseudo - geometrical factor) của nó (Hình 5.23). Nắp đậy Nớc n gọ t Bêtông ố ng thép Đá cẩm thạch ( = 1,9%) Đá vôi ấ n Độ ( = 19% ) Đá vôi Austin ( = 26%) Bê tôn g ống trụ, đờng kính 1/8 bộ đặt trong đá vôi H ình 5.21. Mô hình chuẩn khắc đ ộ nơtron Đ á vôi Cát kết Dolomit Chỉ số H y dro biểu kiến theo nơtron của các phơn g pháp CNL và SNP Chỉ số Hydro thực theo nơtron H ình 5.22. Xác định chỉ số hydro cho các đá nền khác nhau (theo Schlumberger) 154 Chiều sâu nghiên cứu của Zond đo nơtron CNT khoảng 0,3m (12), còn của Zond SNP là 0,2m (8). Khả năng phân giải lát cắt theo phơng thẳng đứng của các thiết bị đo nơtron trong giếng khoan thờng khá cao, đặc biệt là đối với các Zond đo có hai detector khoảng từ 0,25m (10) đến 0,5m (20). Với độ phân giải cao nh thế hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu nghiên cứu. Thông thờng, trong các phép đo yêu cầu phát hiện các lớp có chiều dày từ 1,0 - 1,25m (3 - 4ft). 5.3.5.2.3. Các yếu tố ảnh hởng lên kết quả đo nơtron - Hydro: hydro là nguyên tố có khả năng làm mất nhiều năng lợng của nơtron sau mỗi lần va chạm với nó. Nguyên tố Hydro có rất sẵn trong tự nhiên. Các phơng pháp nơtron trong giếng khoan vì thế là những phơng pháp có nội dung đo hàm lợng hydro có trong môi trờng. Chỉ số hydro của một chất đợc định nghĩa bằng tỷ số hàm lợng các nguyên tố hydro trong 1cm 3 vật liệu đó so với hàm lợng hydro trong thể tích tơng đơng nớc nguyên chất ở 75 0 F; nghĩa là nớc nguyên chất có chỉ số hydro (HI) bằng 1,0. Chỉ số của hydro thay đổi trong khoảng từ 0,0 (ở áp suất thấp) đến trên 1,0 (dầu nặng) phụ thuộc vào nhiệt độ áp suất và loại phân tử. Chỉ số hydro của phần lớn các hạt đá sạch (thạch anh, canxit,) bằng không. Chỉ số hydro của chất lu (dầu, nớc) thì xấp xỉ bằng 1.0. - Sét, mica: Có nhiều khoáng vật, điển hình là nhóm các khoáng vật sét hay ngậm nớc trong mạng tinh thể của chúng dới dạng nớc kết tinh hoặc nớc ở dạng phân tử bám trên bề mặt các hạt sét. Các dạng nớc này không có liên quan đến độ lỗ rỗng nhng chúng lại vẫn đợc thể hiện trên kết quả đo bằng các phơng pháp nơtron. Thông thờng các hạt sét hút bám các phân tử nớc trên cấu trúc mạng của chúng. Ta thờng thấy rất rõ là độ lỗ rỗng xác định đợc bằng các phép đo nơtron ( N ) ở các vỉa sét là rất cao. Vì vậy, trong các đá cát sét, cần phải hiệu chỉnh số đo để loại bỏ ảnh hởng của sét: HI = HI đo - V Sh HI Sh (5.34) Trong đó: HI Sh là chỉ số hydro của sét. V Sh là tỷ phần thể tích của sét trong đá. Bảng 5.5 cho biết hàm lợng hydro và chỉ số HI của một số chất. Khoảng cách tính từ thanh giếng khoan Yếu tố g iả hình h ọ c H ình 5.23. Yếu tố giả hình học của các thiết bị đo SNP, CNL và FDC 155 Bảng 5.5 Vật liệu, chất Số ntử hydro trong 1cm 3 (*10 23 ) Chỉ số hydro (HI) Nớc ròng 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.669 0.667 1 1 Nớcbo hoà muối 200.000ppm (NaCl) 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.614 0.602 0.92 0.90 Methane CH 4 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.0010 0.329 0.0015 0.49 Khí tự nhiên 60 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.0011 0.363 0.0017 0.54 n-Nonane C 9 H 20 68 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.675 0.645 1.01 0.97 n-Decane C 10 H 22 68 0 F; 14,7psi 200 0 F; 7000 psi 0.680 0.653 1.02 0.98 Than, bitum 0,8424(C); 0,0555(H) Ximăng Thạch cao Kaolinite 0.42 0.334 0.325 0.250 0.66 0.5 0.49 0.37 Glauconite Montmorilonite Illite 0.127 0.115 0.059 0.19 0.17 0.09 - 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 giữ nơtron. Kết quả tính độ rỗng thờng theo chuẩn đơn vị đá vôi (limestone) nên cần hiệu chỉnh đối với nền khoáng vật trong pha cứng cho mỗi loại Zond đo nơtron. - Có mặt các nguyên tố bắt giữ nơtron: Trong các trờng hợp đo nơtron, số đếm ở các detector chịu ảnh hởng của các nguyên tố có tiết diện bắt giữ cao nh: Cl, Li, B, Clore có tiết diện bắt giữ nơtron rất cao,vì vậy các phép hiệu chỉnh sẽ đợc tiến hành đối với các số đo độ rỗng để loại trừ ảnh hởng của muối hoà tan trong dung dịch khoan, filtrat và nớc vỉa. Đối với phép đo nơtron trên nhiệt thì ảnh hởng của các nguyên tố nêu trên có thể ít hơn. - Độ khoáng hoá: Ta biết rằng các số đếm nơtron nhiệt có liên quan đến tiết diện bắt giữ nơtron của chất lu bo hoà trong không gian lỗ rỗng. Độ khoáng hoá của nớc vỉa tăng làm cho tiết diện bắt giữ vĩ mô của đá cũng tăng theo do sự có mặt của nguyên tố Clore. Muối NaCl hoà tan choán chỗ của H và làm giảm chỉ số hydro của chất lu. Schlumberger đề xuất biểu thức tính chỉ số HI fl của chất lu sau đây đối với các đới (trong giếng khoan, đới ngấm, đới nguyên,): 156 (HI) fl = fl (1-P) (5.35) Trong đó: fl là mật độ của chất lu (g/cm 3 ) P là độ khoáng hoá (ppm.10 -6 ). - Hydrocacbon: Có nhiều trờng hợp dầu bo hoà trong vỉa có chỉ số HI <1.0. Sự xuất hiện của chúng sẽ làm giảm hiệu ứng lên các phép đo nơtron. Dầu và khí nhẹ có thể làm thay đổi các chỉ số đo nơtron vì chúng có chỉ số HI thấp. Trong cùng một vỉa, đới bo hoà hydrocacbon nhẹ sẽ cho giá trị độ rỗng N nhỏ hơn ở đới bo hoà nớc. Trong các trờng hợp đơn giản, ta có thể thấy rõ là độ rỗng N đo đợc trong vỉa cát sạch bo hoà khí: N = (HI hv S hr + HI w S xo ) (5.36) Trong đó: S hr , S xo lần lợt là độ bo hoà dầu dính và độ bo hoà nớc trong đới rửa (S hr + S xo = 1). HI hv là chỉ số hydro của hydrocacbon nhẹ. Nó phụ thuộc vào mật độ hv , nhiệt độ và áp suất vỉa. là độ rỗng hiệu dụng. Nhng mặt khác, vì số đo N nhạy với chỉ số HI mà tham số này của khí thì nhỏ hơn của dầu và nớc nên mỗi khi xuất hiện khí trong vỉa chứa là gây ra sai số do hiệu ứng hụt hẫng nên biểu thức (5.36) cần thay đổi: N = [ HI gas (1 - S XO ) + HI f S XO ] - Nex (5.37) Trong đó: HI f là chỉ số hydro của filtrat. N là sai số do hiệu ứng hụt hẫng gây ra. Có một cách tính gần đúng Nex nh sau: Nex = K [2 2 S WH + 0,04 ] *(1 - S WH ) (5.38) Với K là hệ số thạch học (K=1 đối với cát kết; K=1,046 đối với đá vôi và K=1,171 đối với dolomit) và S WH = HI gas (1 - S XO ) + HI f S XO . 157 Ngoài các yếu tố nêu trên, các yếu 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 bằng các Zond đo nơtron có mối quan hệ với chỉ số hydro biểu kiến của đất đá ở thành giếng khoan bằng một biểu thức gần đúng: logN for = log(N a - N t ) = C- K(HI) N (5.38) Trong đó: N for : số đo nơtron (theo đơn vị API) ở chiều sâu của vỉa. N a : chỉ số biên độ của số đo đọc trên đờng cong (API). N t : biểu hiện phần đóng góp của giếng khoan, ống chống, vành ximăng, lên số đo N a . C: hệ số phụ thuộc vào cấu hình của Zond đo (nguồn, detector, spacing,) và đặc tính truyền dẫn nơtron của đá. K: hằng số tính đến các đặc tính truyền dẫn của hydro và đất đá trên một đơn vị chiều dài trong khoảng từ nguồn đến detector (spacing). Biểu thức (5.38) đợc biểu diễn 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: () )39.5( ' )( ta HIK NNCe N = 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. N t 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) với logarit độ lỗ rỗng(log ) của Độ rỗn g ( % ) Chỉ số biên độ đờng cong (API) H ình 5.24. Đồ thị biểu diễn quan hệ LogNa với độ rỗng 158 môi trờng. Phơng trình (5.39) có u điểm là (khi biểu diễn trên hình 5.25) các đờng biểu diễn đều gặp nhau ở điểm fluid ( = 100%) nếu dung dịch khoan và nớc vỉa có chỉ số HI gần nh nhau. Nhờ vậy mà ta dễ dàng vạch các đờng biểu diễn khác cho các trờng hợp đờng kính giếng khoan thay đổi và môi trờng có cùng nền khoáng vật vì điểm = 100% đ biết trớc. b) Đối với phép đo bằng các Zond hiện đại Những năm gần đây, vấn đề chuẩn định cỡ đơn vị nơtron API và làm giảm sai số của phép đo đ đợc kết hợp giải quyết đối với các Zond đo nơtron. Số đo của Zond đo nơtron phần lớn đ tự động loại trừ ảnh hởng của các phần gần giếng (đờng kính, vỏ sét, mật độ dung dịch,) nên giá trị của phép đo có quan hê phụ thuộc trực tiếp với độ rỗng biểu kiến. Thờng bây giờ chỉ còn yêu cầu một vài hiệu chỉnh về thạch học, độ mặn, nhiệt độ mà thôi. c) Phơng trình biểu diễn số đo nơtron Chỉ số hydro biểu kiến (HI) N đo đợc bởi phép đo nơtron có quan hệ với độ rỗng hiệu dụng e nh sau: () () ( ) ( ) ( )() )40.5(1 i ma i Sh ShXO h eXO mf e N HIVHIVSHISHIHI +++= Với =++ 1 iShe VV Phơng trình (5.40) chỉ bao quát cho vùng đới rửa của vỉa chứa. Trong đó: V i là tỷ phần thể tích của các khoáng vật tạo đá trong pha cứng (i = 1,2,,n); () i ma HI là chỉ số hydro của khoáng vật thứ i tơng ứng. e là độ rỗng hiệu dụng. (HI) Sh là chỉ số hydro của nớc màng và nớc tự do trong mạng tinh thể của sét. (HI) mf là chỉ số hydro của filtrat. (HI) h là số đo chỉ số của dầu dính trong đới rửa. Đ ộ rỗng (%) Số đ ọ c trên biểu đồ nơtron ( API ) Đ ờn g kính giếng H ình 5.25. Bảng chuẩn xác định độ rỗng nơtron theo luật hàm số mũ 159 (HI) N là số đo chỉ số hydro sau khi đ tính toán các hiệu chỉnh ảnh hởng của môi trờng. 5.3.5.2.5. Phạm vi ứng dụng của các phơng pháp nơtron - nơtron Ta có thể kể ra đây các ứng dụng của các 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 xạ và có đo đờng cong gamma ray tự nhiên). 5.3.5.3. Phơng pháp xung nơtron 5.3.5.3.1. Nguyên lý chung Từ khi có các máy phát nơtron, chúng có thể thay cho các nguồn nơtron hoá học. Ưu điểm của máy phát nơtron là có thể làm việc ở chế độ xung, nhờ đó mà ngời ta tiến hành đợc các phơng pháp xung nơtron. Các phơng pháp xung nơtron có nhiều u điểm mà những phơng pháp nơtron thông thờng không có. Nguyên tắc chung của các phơng pháp xung nơtron là dùng máy phát các xung nơtron năng lợng cao (14 MeV) vào môi trờng nghiên cứu. Các xung nơtron đợc phát có bề rộng 20-30 à s và lặp lại với các tần số chọn trớc. ở khoảng giữa hai xung liên tiếp, các nơtron tơng tác với các hạt nhân trong môi trờng và sinh ra: - Trờng phóng xạ gamma do các va chạm không đàn hồi của các nơtron. - Trờng nơtron có năng lợng giảm dần đến năng lợng dễ bị chiếm giữ. - Trờng gamma chiếm giữ đối với các nơtron nhiệt. ở chế độ xung, về nguyên tắc có thể tiến hành ba phép đo nghiên cứu giếng khoan: 1. Đo bức xạ gamma phát xạ do các nơtron nhanh va chạm không đàn hồi với hạt nhân. 2. Theo dõi biến thiên theo thời gian sự phân bố của các nơtron trong qúa trình giảm năng lợng để trở thành nơtron nhiệt. Thực chất là quan sát sự tơng tác của các nơtron với môi trờng nghiên cứu ở khoảng thời gian giữa hai xung liên tiếp. 3. Do các bức xạ gamma phát xạ từ kết quả bắt giữ các nơtron ở một thời điểm nhất định trong khoảng thời gian giữa hai xung phát ở môi trờng nghiên cứu. Số lần bắt giữ tỷ lệ với số nơtron nhiệt. 160 Trong hai phép đo sau cùng, các thiết bị đo làm việc theo chế độ luân phiên đúng vào các khoảng thời gian giữa hai xung phát để đo mật độ nơtron nhiệt hoặc bức xạ 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 của các nguyên tố. Điều nhận xét trên cho thấy các phơng pháp xung nơtron có chiều sâu nghiên cứu lớn hơn các phơng pháp nơtron cổ điển dùng nguồn hoá học. Ngày nay, trong sản xuất sử dụng khá rộng ri phơng pháp xung nơtron chủ yếu là đo cờng độ bức xạ gamma chiếm giữ trong khoảng thời gian giữa hai xung phát nơtron liên tiếp. Các công ty dịch vụ gọi phép đo nh vậy bằng những tên thơng mại khác nhau: thời gian sống của nơtron nhiệt - Neutron Lifetime Log (Dresser Atlas) hay thời gian phân r nơtron - Neutron Decay Time Log (Schlumberger). Dới những cái tên khác nhau, nhng cuối cùng phơng pháp đều là đo ghi để tính tiết diện bắt giữ vĩ mô đối với các nơtron nhiệt của môi trờng nên nó còn có một tên gọi khác là phơng pháp tiết diện bắt giữ các nơtron nhiệt. 5.3.5.3.2. Phơng pháp tiết diện bắt giữ nơtron a) Cơ sở lý thuyết Sau khi bắn ra khỏi máy phát, các nơtron bị mất năng lợng rất nhanh bởi sự va chạm với hạt nhân của các nguyên tố trong môi trờng và rơi vào trạng thái nhiệt. Tại mỗi điểm trong môi trờng, các nơtron nhiệt dần dần bị bắt giữ. Trong mỗi đơn vị thời gian số lợng nơtron bị bắt giữ phụ thuộc vào tích v. abs , với v là tốc độ của nơtron nhiệt (v không đổi ở nhiệt độ cho trớc) và abs là tiết diện bắt giữ vĩ mô của môi trờng tại điểm quan sát. Nếu sự bắt giữ nơtron nh mô tả thì số các nơtron bị bắt giữ giảm theo luật hàm mũ nh hình 5.26. Thời gian ( à s) Xung đếm Thời gian phân rã 256 à s Hình 5.26. Số nơtron nhiệt sống sót giảm theo thời gian Thời gian từ sau xung nơtron ( à s) Nớc Dầu Xun g quanh (Phông) Phân rã tron g vùn g g iến g Phân rã tron g vùn g đất đá Tốc độ đếm xung H ình 5.27. Biểu đồ thể hiện số nơtron giảm nhanh trong nớc so với trong dầu 161 Hình 5.27 thể hiện mức độ suy giảm số các nơtron nhiệt trong vỉa nớc nhanh hơn trong vỉa chứa dầu vì nớc có tiết diện abs lớn hơn dầu thô. Tại thời điểm t 1 số nơtron nhiệt còn sống sót N 1 trong một đơn vị thể tích của môi trờng tại điểm quan sát đợc tính: )41.5( 1 01 = tv abs eNN Trong đó: N 0 là số nơtron nhiệt trong một đơn vị thể tích ở thời điểm t = 0. abs là tiết diện bắt giữ vĩ mô của môi trờng (đất đá) trong đơn vị thể tích nói trên đối với nơtron nhiệt khi tốc độ trung bình của nơtron nhiệt v=2200m/s (ở 75 0 F). Tơng tự, ở thời điểm t 2 , số nơtron nhiệt còn lại trong một đơn vị thể tích sẽ là: )42.5( 2 02 = tv abs eNN Sự suy giảm mật độ các nơtron nhiệt từ t 1 đến t 2 có thể đợc tính: )43.5( )( 12 12 = ttv abs eNN Từ đó ta có: () )44.5()ln( 1 2 1 12 N N ttv abs = Đổi sang logarit cơ số 10, lấy v=2200m/s, t = (t 2 - t 1 ) tính bằng à s, và abs tính bằng cm -1 , ta có: )45.5() 2 N 1 N log( t 5,10 abs = Vì sự suy giảm mật độ các nơtron nhiệt trong môi trờng theo luật hàm mũ nên ta có thể biểu thị nó bằng cách đa vào một tham số mới: int là thời gian cần thiết để số nơtron ban đầu N 0 trên 1 cm trong đất đá mất đi 63% hay chỉ còn lại 37% (1/e = 0,37) của N 0 . Khi đó ta có một biểu thức thể hiện đơn giản hơn: )46.5( int 0 t t eNN = N t sẽ là số nơtron trong 1cm 3 (mật độ nơtron) ở thời điểm t. Nếu đối chiếu với (5.41) ta có phơng trình tơng đơng: ( ) )47.5( 1 ln 1 11 int = = = abs v t N Nt N [...]... chùm hạt 167 28 26 23 27 37 nơtron là: 13 Al , 14 Si , 17 Cl , 12 Mg , 55 Mn , 11 Na , 25 Chúng có phản ứng hạt nhân khi bắt giữ nơtron: 55 25 56 26 Fe , 65 29 Cu , 19 9 F, 51 23 V, 16 8 O, 30 14 Si 56 Mn+ 0 n1 25 Mn + V + 0 n1 52 V + 23 51 23 23 11 24 Na + 0 n1 11 Na + 19 9 F + 0 n1 20 F + (1,7 MeV ) 9 56 26 56 1 Fe+ 0 n1 25 Mn+ 1 H + 28 14 28 1 Si + 0 n1 13 Al + 1 H + 16 8 1 O + 0 n1 16 N... xấp xỉ bằng nhau, vì vậy các giá trị và trong nớc và trong dầu sẽ nh nhau Bảng 5. 7 Tên đá, khoáng vật Thạch anh Cát kết Dolomit Đá vôi Anhydrit Acgilit Nớc ngọt Dầu thô Ximăng (Portland) abs (1021 barn/cm3) 3 .5 - 4.3 9.0 6.8 - 7.2 1.0 - 14.0 12.1 20 - 40 22.2 22.2 13.0 (às) 1060 50 0 630 3 25 - 650 360 2 15 - 108 210 210 3 35 Vỉa chứa khí có giá trị abs và phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần... 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 .55 000 Na 22.99000 0 .53 060 Cu 63 .54 600 3.82000 Mg 24.3 050 0 0.06300 Zn 65. 38000 0 .50 490 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 0.0 650 0 S 32.06000 0 .52 000 Pb 207.20000 0.18800 b) Sự khuyếch tán nơtron ở trạng thái... (5. 47) ta có: int = abs 4 ,55 cm 2 ( ) cm (5. 48) 3 thờng hay đợc tính bằng đơn vị 1 0-3 cm-1 (gọi là đơn vị chiễm giữ (c.u) hoặc đơn vị sigma (s.u)) nên biểu thức (5. 48) trở thành: int = 455 0 abs (c.u ) (5. 49) Trong môi trờng có nhiều thành phần bắt giữ các nơtron nhiệt thì tiết diện bắt giữ vĩ mô abs của môi trờng đợc tính nh là tổng của tiết diện bắt giữ của các thành phần đó: n abs = Vi i (5. 50)... (5. 54) Trong đó: A - Hoạt độ gamma do chiếu xạ nơtron (xung/s) N0 - Số nguyên tử bị kích hoạt có trong môi trờng - Tiết diện ngang (cm2) - Luồng nơtron (nơtron/cm2/s) ti - Thời gian chiếu xạ T - Chu kỳ bán r của nuclid tạo thành Kết quả đo kích hoạt còn phụ thuộc vào sự lựa chọn thời gian chiếu xạ nơtron và thời điểm đo bức xạ gamma kích hoạt sao cho phù hợp với nguyên tố nghiên cứu 168 5. 3 .5. 5.2... chiếm 25% Nếu chọn thời gian đo là 12 sec thì các gamma kích hoạt chỉ có năng lợng khoảng 1,7MeV nhng chúng chiếm tới 75% tổng số các gamma kích hoạt 5. 3 .5. 5.3 Phân tích kết quả Với sơ đồ máy giếng nh hình 5. 31 khi nghiên cứu giếng khoan thăm dò quặng fliorit (CaF2) ngời ta chọn khoảng cách L = 1m Tốc độ kéo thả cáp đo là 300m/h để 20 cho phù hợp với chu kỳ bán r của 9 F là T = 12 giây Khi thả máy giếng. .. tử 4- Detector đo bức xạ gamma Ta biết rằng nguyên tố đồng vị chạm với nơtron: 19 9 19 9 Hình 5. 31 Sơ đồ máy giếng đo kích hoạt phóng xạ F cũng có thể gây phản ứng sau đây khi va F + 0 n1 = 20 F 16 N + (5 6 MeV ) 9 7 (5. 55) Nuclid mới tạo thành 16 N có chu kỳ bán r bằng 7 giây Vì vậy, nếu chọn thời 7 gian đo là t = 7 sec sau khi kích hoạt thì ta đo đợc các gamma kích hoạt có năng lợng cao ( 5- 6 MeV)... pháp này là đồng vị 124Sb, có công suất 50 - 60 àCi Khoảng cách từ nguồn đến detector là L 30 - 40cm Phơng pháp quang nơtron có đặc điểm là rất nhạy với sự có mặt của Berium trong đá dù chỉ với hàm lợng thấp 5. 3 .5. 5 Phơng pháp kích hoạt phóng xạ 5. 3 .5. 5.1 Cơ sở lý thuyết Môi trờng đất đá tạo thành từ các khoáng vật có chứa nhiều nguyên tố khác nhau Khi chiếu xạ vào môi trờng đó bằng một chùm hạt nơtron... các giếng khoan có ống chống và cho phép tính nhanh các tham số vật lý của đá chứa 166 Hạn chế của phơng pháp này là phép đo rất nhạy với sự thay đổi độ lỗ rỗng và hàm lợng các nguyên tố có tiết diện bắt giữ lớn Vì thế nó kém hiệu quả khi nghiên cứu các đối tợng đá chứa có độ khoáng hoá của nớc vỉa thấp ( . 5. 7 Tên đá, khoáng vật abs (10 21 barn/cm 3 ) (às) Thạch anh 3 .5 - 4.3 1060 Cát kết 9.0 50 0 Dolomit 6.8 - 7.2 630 Đá vôi 1.0 - 14.0 3 25 - 650 Anhydrit 12.1 360 Acgilit 20 - 40 2 15. 0. 653 1.02 0.98 Than, bitum 0,8424(C); 0, 055 5(H) Ximăng Thạch cao Kaolinite 0.42 0.334 0.3 25 0. 250 0.66 0 .5 0.49 0.37 Glauconite Montmorilonite Illite 0.127 0.1 15 0. 059 . 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