19/04/2012. Bušotinska karotaža. Preddiplomski studij Naftnog rudarstva IV semestar

Transcription

1 Bušotinska karotaža Preddiplomski studij Naftnog rudarstva IV semestar Radioaktivna mjerenja u bušotini Neutronska karotaža 2 1

2 Mjerenje radioaktivnosti u bušotini 1. Mjerenje prirodne radioaktivnosti a) gama karotaža b) spektralna gama - karotaža 2. Mjerenje pobuđene radioaktivnosti a) gama-gama karotaža (karotaža gustoće i litologije) b) neutronska karotaža 3 2

3 Neutroni karotaža pomoću izvora neutrona tj. bombardiranje stijene brzim neutronima Neutroni el. neutralne čestice čija je masa gotovo jednaka masi jezgre vodika m N = 1, kg Poluvrijeme raspada neutrona = 12,3 minute Radioaktivnim raspadom neutroni emitiraju β-česticu i pretvaraju se u proton slobodni neutroni rijetko postoje u prirodi izvor neutrona su prirodne ili umjetno izazvane nuklearne reakcije 4 3

4 Neutroni Slobodni neutroni dijele se prema svojoj kinetičkoj energiji: Brzi neutroni neutroni energije > 100 kev Srednje brzi neutroni - neutroni energije 100 ev kev Spori neutroni - neutroni energije < 100 ev Epitermički neutroni (0,1 100 ev) Termički neutroni* (0,025 ev) *Termički neutroni neutroni koji su u termičkoj ravnoteži s okolinom na sobnoj temp. (20 ) 5 4

5 Reakcije neutrona neutroni međudjeluju s jezgrama atoma tip međudjelovanja ovisi o energiji neutrona 1) usporavanje neutrona 2) uhvat neutrona 1. Usporavanje neutrona gube energiju sudaranjem s jezgrama atoma a) Elastično raspršenje - na jezgru se prenosi samo kinetička energija - nema pojave zračenja, samo dolazi do usporavanja brzih neutrona, (n,n) reakcija - gubitak energije ovisi o veličini jezgre (veća masa jezgre manji gubitak energije) b) Neelastično raspršenje uslučaju sudara s jezgrom približno jednake mase (npr. jezgrom vodika) - na jezgru se prenosi sva kinetička energija, ali i unutarnja energija pojavljuje se γ-zračenje 6 5

6 Reakcije neutrona 2. Uhvat (apsorpcija) neutrona - jezgra zarobljava neutron neutron daje svoju kinetičku energiju i energiju veze energija pobuđuje jezgru i višak energije je emitiran u vidu fotona (n,γ) reakcija Brzi neutroni prolaze kroz niz reakcija: energija brzih neutrona se smanjuje elastičnim i neelastičnim raspršenjem usporavaju se od srednje brzih, do epitermičkih i termičkih termički (spori) neutroni uhvaćeni su jezgrom 7 6

7 Reakcije neutrona Usporavanje neutrona ovisi o fizikalnim parametrima koji se mogu povezati sa svojstvima stijena i fluidima u pornom prostoru. Na usporenje brzih neutrona najučinkovitije itij djeluje j jezgra atoma vodika (zbog slične mase). usporavanje neutrona u vapnencu, teoretske poroznosti 0%, znatno je manje nego u vodi Prema Ellis (1987) 8 7

8 Usporavanje i uhvat neutrona neutroni se polako usporavaju neutroni se brzo usporavaju i većinom su uhvaćeni u blizini izvora vrlo malo gama-zraka dolazi do detektora veliki broj neutrona uhvaćen je u blizini detektora znatna količina gamazraka stiže do detektora Prema Bassiouni Z. (1994) 9 8

9 Neutronska karotaža Izvor neutrona: americij-berilij (najčešće) ili plutonij-berilij raspadom americija emitiraju se α-čestice α-čestice se sudaraju s jezgrama berilija i izbijaju neutrone Jakost zračenja: ~10 7 neutrona/sek. Energija neutrona: oko 4 MeV Dubina prodiranja ovisi o poroznosti smanjuje se s povećanjem poroznosti sonda mora biti pritisnuta uz stijenku bušotine zbog utjecaja isplake na neutrone (Prema Alger et al., 1972) 10 9

10 Kompenzirana neutronska karotaža (eng. Compensated neutron log CNL) kako bi se smanjio utjecaj isplake i isplačnog obloga koriste se dva prijemnika (detektora) bliži prijemnik je na udaljenosti oko 25(38) cm od izvora, a dalji na oko 40(63) cm N 1 intenzitet neutrona za bliži prijemnik N 2 - intenzitet neutrona za dalji prijemnik određuje se omjer N 1 /N 2 udaljenost prijemnika određuje odnos N 1 /N 2. omjer se povećava s povećanjem poroznosti (Prema Alger et al., 1972) 11 10

11 Detektori brzi neutroni se ne detektiraju, ali se mogu detektirati spori neutroni (termički i epitermički) i γ-zrake nastale apsorpcijom neutrona Koriste se dvije vrste detektora: a) detektori γ-zraka: Geiger-Müllerov brojač i scintilacijski brojač Geiger-Müllerov brojač Scintilacijski brojač 12 11

12 Detektori b) detektor sporih neutrona: Geigerova cijev koja sadrži plin borov-trifluorid 10 5B + 1 0n 7 3Li He 2 neutron reagira s borom pa nastaju litij i α-čestica Detektor epitermičkih neutrona registrira spore neutrone veće energije od termičkih neutrona termički detektor izoliran tako da ne propušta neutrone niske energije (termičke neutrone) Epitermički neutroni gube energiju u sudarima s jezgrama na njih ne utječu jezgre koje apsorbiraju neutrone utjecaj litologije je vrlo mali rezultat na detektoru ovisi o vodikovom indeksu tj. daje preciznu procjenu poroznosti 13 12

13 Detektori S obzirom na vrstu detektora na sondi razlikuju se: neutron neutron karotaža neutron gama karotaža Nedostatak neutron-gama karotaže detektor registrira γ-zrake nastale apsorpcijom neutrona, ali i prirodne γ- zrake i γ-zrake iz izvora neutrona potrebno ih je ukloniti izvodi se temeljem različitih energetskih nivoa γ-zraka iz različitih izvora tj. filtriranjem ispod određenog energetskog nivoa gama-zrake nastale u izvoru neutrona imaju nižu energiju od gama-zraka emitiranih uslijed apsorpcije neutrona, energija prirodnih gama-zraka je mala u odnosu na inducirane gama-zrake 13

14 Dvojna kompenzirana neutronska karotaža (eng. Dual Porosity CNL) Sonda se sastoji od: jakog izvora neutrona dva detektora termičkih neutrona (bliži i dalji), s jedne strane izvora dva detektora epitermičkih neutrona (bliži i dalji) s druge strane izvora daje dvije krivulje poroznosti u čistim formacijama one imaju približno jednake vrijednosti u zalaporenim formacijama (sadrže više atoma koji apsorbiraju neutrone) poroznost izmjerena epitermičkim detektorima ima manju vrijednost (Prema Davis et al.,1981) 15 14

15 Poroznost na temelju neutronske karotaže najveći utjecaj na usporenje neutrona imaju jezgre atoma vodika u propusnim naslagama vodik se nalazi u fluidima u pornom prostoru sadržaj aj vodika neposredno ed o ovisi o poroznosti o ost stijene e osnovna namjena neutronske karotaže je određivanje poroznosti Glinovite naslage sadrže vodu u šupljinama koje nisu povezane - sadrže kemijski vezanu vodu u strukturi kristalne rešetke zbog toga neutronska karotaža daje povećane vrijednosti poroznosti nužno je poznavati litologiju naslaga Plin u pornom prostoru manji sadržaj vodika u odnosu na naftu i vodu neutronska karotaža daje smanjene vrijednosti poroznosti 15

16 Neutronska karotaža 1.95 Gustoća ( ) Neutronski indeks ( ) -15 Šejl Pješčenjak j Šejl Plin Voda Pješčenjak Šejl 17 16

17 Kalibracija sonde ako je sonda kalibrirana s obzirom na mineralni sastav stijene, šupljikavost se može neposredno očitavati iz dijagrama neutronski indeks poroznosti kalibracija se najčešće izvodi s obzirom na pješčenjake ili vapnence ako je mineralni sastav dobro pogođen očitava se stvarna poroznost ako nije, očitava se prividna poroznost stvarna poroznost može se očitati p iz eksperimentalno konstruiranog grafa 17

18 Pulsna neutronska karotaža izvor neutrona periodički emitira neutrone, ubrzane do energije 14 MeV mjeri se vrijeme potrebno da bi neutroni emitirani za vrijeme pojedinog impulsa bili uhvaćeni (eng. Thermal Decay Time TDT) početak mjerenja je nakon određenog vremena, potrebnog da utjecaj j bušotine postane zanemariv brojač gama-zraka je aktivan u 3 vremenska intervala Uhvat neutrona ovisi o udarnom presjeku za uhvat neutrona (ozn. σ) atoma koji zarobljavaju neutrone. mjerenja u prva dva intervala koriste se za izračunavanje udarnog presjeka (σ) i vremena TDT (τ) mjerenje u trećem intervalu predstavlja uglavnom prirodnu radioaktivnost i oduzima se od mjerenja u prva dva intervala 19 18

19 Pulsna neutronska karotaža Pi Primjena najveći utjecaj na uhvat neutrona ima klor (Cl), koji se pretežno nalazi u slojnoj j vodi (NaCl) koristi se za razlikovanje formacija zasićenih vodom (A), naftom (B) ili plinom (C) i izračunavanje zasićenja slojnom vodom Primjer dijagrama dvojne pulsne neutronske karotaže (McGhee et al.,1976) N 1 vrijednost brojača č bližeg detektora F 1 vrijednost brojača daljeg detektora 20 19

20 Pulsna neutronska karotaža Primjena za čiste formacije zasićene vodom i ugljikovodicima vrijedi: Za σ = ( 1 φ) σ + φs σ + φ(1 S ) σ log ma w w w h S w = ( σ log σ ma ) φ ( σ h φ( σ σ ) w h σ ma ) σ log mjereni udarni presjek za uhvat neutrona σ ma udarni presjek matriksa (obično: za pješčenjake = 9; za vapnence = 12; za dolomite = 8) σ w udarni presjek slojne vode (ovisi o salinitetu) w p j j ( ) σ h udarni presjek ugljikovodika S w zasićenje vodom φ - poroznost za slojeve zasićene samo vodom vrijedi: σ = (1 φ) σ + φσ log ma w 21 20

21 Neutronska karotaža Često korišteni nazivi za pulsnu neutronsku karoražu: TDT Thermal Decay Time PNL Pulsed Neutron Log NLL Neutron Lifetime Log Neutronska sonda se najčešće koristi zajedno sa: sondom za prirodnu radioaktivnost (GR) i sondom za gustoću (CDL ili FDC) Mjerenja se mogu izvoditi i u zacijevljenoj bušotini razlučivost je slabija nego u nezacijevljenoj bušotini 21

22 Literatura Alger, R.P. et al. (1972): The Dual Spacing Neutron Log-CNL, JPT (Sept. 1972) Bassiouni, Z. (1994): Theory, Measurement, and Interpretation of Well Logs. SPE Textbook Series Vol. 4. Davis, R.R. R et al. (1981): A Dual Porosity CNL Logging System, paper SPE presented at the 1981 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio. McGhee, B.F., McGuire. J.A. and Vacca, H.L. (1976): Examples of Dual Spacing Thermal Neutron Decay Time Logs in Texas Coast Oil and Gas Reservoirs, Proc., 17th SPWLA Annual Logging Symposium,paper GG. Rider, M. (1996): The Geological Interpretation of Well Logs. Whittles Publishing, Caithness