Xem mẫu
- Trë l¹i víi ph−¬ng tr×nh (5.8) ta cã nhËn xÐt hÖ sè hÊp thô tia gamma cña m«i
tr−êng hay hÖ sè t¾t dÇn lµ tæng c¸c hÖ sè t¾t dÇn tuyÕn tÝnh cña c¸c qóa tr×nh hÊp thô
quang ®iÖn, t¸n x¹ compton vµ t¹o cÆp.
§Ó thuËn tiÖn trong nghiªn cøu m«i tr−êng vËt chÊt ë c¸c tr¹ng th¸i r¾n, ta dïng
mét hÖ sè c¬ b¶n h¬n - hÖ sè hÊp thô khèi (µm). HÖ sè hÊp thô khèi lµ tû sè cña hÖ sè
t¾t dÇn µ chia cho mËt ®é khèi ρb cña m«i tr−êng (µm = µ/ρb).
HÖ sè hÊp thô khèi cu¶ mét chÊt gi¶m khi n¨ng l−îng cña l−îng tö gamma t¨ng.
Víi cïng mét møc n¨ng l−îng cña tia tíi, hÖ sè hÊp thô khèi cña c¸c vËt chÊt kh¸c
nhau cã gi¸ trÞ gÇn xÊp xØ nhau. §©y lµ ®iÓm rÊt quan träng vµ lµ c¬ së vËt lý cña c¸c
phÐp ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan.
Ph−¬ng tr×nh võa nªu cã thÓ ®−îc viÕt:
µ
( ρb x )
−
ρ
Iγ = Ioe b
(5.22)
− µm ρb x
hay I γ = I o e
LÊy logarit (5.22) ta cã:
ln I γ = ln I o − µ m ρ b x (5.23)
Ta dÔ dµng nhËn thÊy: NÕu c−êng ®é bøc x¹ cña nguån Io vµ hÖ sè µm kh«ng ®æi,
kho¶ng c¸ch x tõ nguån ®Õn detector lµ cè ®Þnh th× gi¸ trÞ c−êng ®é phãng x¹ gamma t¸n
x¹ Iγ ®o ®−îc sÏ lµ hµm sè chØ phô thuéc vµo mËt ®é khèi ρb cña m«i tr−êng. Tõ ®ã ta cã
thÓ t×m ®−îc mét ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm biÓu thÞ mèi liªn hÖ kh¸ chÆt chÏ gi÷a c−êng
®é gamma t¸n x¹ víi mËt ®é khèi ρb cña ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan.
Trong tr−êng hîp n¨ng l−îng cña c¸c tia gamma ®ñ lín, hiÖu øng compton sÏ
tréi h¬n th× mèi quan hÖ hµm sè Iγ = f(ρb) cµng chÆt chÏ vµ do ®ã ng−êi ta gäi phÐp ®o
gamma t¸n x¹ nµy lµ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é (Formation Density - FDC
(Schlumberger); Compensated Density Log- CDL (Halliburton)).
Ng−îc l¹i, nÕu dïng nguån phãng x¹ gamma cã n¨ng l−îng thÊp, hiÖu øng hÊp
thô quang ®iÖn sÏ chiÕm −u thÕ khi tia gamma t−¬ng t¸c víi m«i tr−êng nghiªn cøu
(Xem h×nh 5.4). C−êng ®é gamma ®o ®−îc Iγ sÏ chñ yÕu phô thuéc vµo sè electron
trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch m«i tr−êng hay tû lÖ nghÞch víi sè c¸c nguyªn tè nÆng (Bi,
W, Pt, Au, Ag, Pb, ) trong m«i tr−êng ®ã. Dùa vµo ®Æc ®iÓm ®ã, ta cã thÓ ph¸t hiÖn ra
c¸c ®íi trong l¸t c¾t ch÷a c¸c nguyªn tè nÆng. PhÐp ®o nh− vËy trong giÕng khoan
(dïng nguån chiÕu tia gamma n¨ng l−îng thÊp) gäi lµ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹
chän läc.
136
- 5.3.3.2. S¬ ®å ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng khoan
H×nh 5.14 lµ s¬ ®å nguyªn t¾c khi thùc hiÖn phÐp ®o gamma t¸n x¹ trong giÕng
khoan. Trong s¬ ®å cã c¸c khèi sau: 1- khèi khuyÕch ®¹i, 2- bé läc b»ng d−¬ng b¶n
truyÒn x¹, 3- Ng¨n tÝch ph©n, 4- Bé ghi, 5- khèi nguån nu«i, 6- khuyÕch ®¹i s¬ bé, 7-
bé cao ¸p, 8- detector, 9- R∙nh cöa sá, 10- mµn ch×, 11- nguån phãng x¹ gamma, 12-
c¸p, 13- thanh ®Ì ¸p s−ên.
+ Nguån phãng x¹
gamma trong c¸c phÐp ®o
gamma t¸n x¹ lµ c¸c nguån ho¸
häc:
- 60Co: ®ång vÞ ph¸t x¹
1 - KhuyÕch ®¹i
c¸c l−îng tö gamma cã n¨ng 2 - ChuÈn xung
l−îng 1,17MeV ®Õn 1,33MeV. 3 - Ng¨n tÝch ph©n
4 - Bé ghi
5 - Nguån nu«i
- 137Cs: ®ång vÞ ph¸t x¹ 6 - KhuyÕch ®¹i s¬
bé
c¸c l−îng tö gamma cã n¨ng 7 - Bé cao ¸p
l−îng kho¶ng 0,622MeV. 8 - Detector
9 - R·nh ®Þnh h−íng
10 - Mµn ch×
- 75Se: ®ång vÞ ph¸t x¹ c¸c 11- Nguån phãng x¹
12 - C¸p
l−îng tö gamma cã n¨ng l−îng 13 - Lß so Ðp s−ên
trung b×nh kho¶ng 0,268MeV.
+ Detector th−êng lµ
lo¹i nh©n quang ®iÖn dïng tinh
thÓ NaI(Tl). H×nh 5.14. S¬ ®å nguyªn t¾c ®o Gamma t¸n x¹ ®Þnh h−íng
+ M¸y giÕng (Zond)
cÊu t¹o ®Æc biÖt nh»m lo¹i bá tèi ®a c¸c ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng xung quanh.
- C¸c khèi nguån vµ khèi ®o cña m¸y giÕng ®−îc l¾p ®Æt trong mét èng trô b»ng
hîp kim nhÑ cã ®−êng kÝnh nhá h¬n ®−êng kÝnh danh ®Þnh cña giÕng khoan.
- ¸p s−ên nhê mét hÖ lß so vµ c¸nh tay g¹t.
- Detector vµ nguån phãng x¹ ®−îc ®Æt trong mµn ch× cã c¸c khe r∙nh h−íng tíi
thµnh giÕng khoan ë phÝa ¸p s−ên nh»m t¨ng ®é nh¹y cña kÕt qu¶ ®o víi mËt ®é cña
®Êt ®¸ (nÕu lµ ®o t¸n x¹ mËt ®é).
- §iÓm ®o ®−îc tÝnh cho ®iÓm O, n»m chÝnh gi÷a nguån vµ detector.
- Kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector lµ chiÒu dµi Lγγ cña Zond ®o gamma t¸n x¹.
Khi Zond ®o ®Þnh h−íng ®−îc ¸p s−ên ¶nh h−ëng cña dung dÞch khoan vµ líp
vá sÐt lªn kÕt qu¶ ®o lµ nhá nhÊt vµ nh− nhau ë mäi ®iÓm ®o trong giÕng khoan.
137
- Trong c¸c tr−êng hîp giÕng khoan cã ®−êng kÝnh nhá, Ýt bÞ sËp lë th× kh«ng
nhÊt thiÕt ph¶i sö dông c¸c m¸y giÕng cã ¸p s−ên vµ ®o ®Þnh h−íng. PhÐp ®o h−íng vÒ
mäi phÝa nh− nhau. Detector cã thÓ dïng lo¹i èng ®Õm tû lÖ. Mµn ch× lµ dÜa b»ng ch×
®Æt gÇn nguån phãng x¹ h¬n. C¸ch ®o nh− vËy, mäi kÕt qu¶ ghi ®−îc ®Òu mang tÝnh
biÓu kiÕn, chØ nªn sö dông trong ph©n tÝch nhanh vµ ph©n tÝch ®Þnh tÝnh. Muèn dïng
ph©n tÝch ®Þnh l−îng th× cÇn cã c¸c phÐp hiÖu chØnh t−¬ng øng.
Khi thiÕt kÕ m¸y giÕng cho viÖc nghiªn cøu mét ®èi t−îng cô thÓ, c¸c th«ng sè
cña m¸y giÕng (chiÒu dµi Lγγ, chiÒu dµy vµ h×nh d¸ng mµn ch¾n, kÝch th−íc vµ h−íng
gãc nh×n cña c¸c r∙nh cöa sæ tõ nguån vµ vµo detector, ) cÇn ®−îc lùa chän ®Ó cã kÕt
qu¶ ®o tèt nhÊt.
Trong c¸c phÐp ®o gamma t¸n x¹ ë giÕng khoan, chiÒu dµi Lγγ cña Zond ®o
th−êng ®−îc chän b»ng mét kho¶ng c¸ch ®ñ lín ®Ó tr¸nh vïng “mï”, nghÜa lµ vïng ë
®ã gi¸ trÞ phÐp ®o kh«ng nh¹y víi sù thay ®æi mËt ®é hay hµm l−îng c¸c nguyªn tè
nÆng trong m«i tr−êng nghiªn cøu.
5.3.3.3. PhÐp ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é bï (kÐp)
C¸c Zond ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é dïng mét detector cã mét sè nh−îc ®iÓm:
chÞu ¶nh h−ëng cña vá sÐt, ®é nh½n cña thµnh giÕng khoan,
§Ó kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm ®ã
Vá sÐt
ng−êi ta dïng Zond ®o cã hai detector. Mét
ë gÇn, mét ë xa h¬n (H×nh 5.15). BiÕn thÓ
cña phÐp ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é nh− vËy,
Schlumberger gäi lµ ph−¬ng ph¸p gamma §Êt ®¸ (ρb)
t¸n x¹ mËt ®é bï (kÐp) (FDC).
Vïng nghiªn
cøu cña
detector xa
Vïng nghiªn
cøu cña
Vá sÐt cã phô detector gÇn
gia Barit
Nguån
H×nh 5.15. S¬ ®å ®o Gamma t¸n x¹ bï
Detector gÇn nguån cã chiÒu s©u
nghiªn cøu nhá, chñ yÕu ®o phÇn c¸c
Vá sÐt kh«ng cã
gamma t¸n x¹ trong líp vá sÐt vµ ph¶n ¸nh
phô gia Barit
møc ®é nh½n cña thµnh giÕng. Gi¸ trÞ ®o tõ
detector nµy dïng ®Ó tÝnh hiÖu chØnh ¶nh
h−ëng cña vá sÐt.
H×nh 5.16 lµ biÓu diÔn giao héi gi÷a
hai sè ®Õm cña c¸c detector xa vµ gÇn ®Ó
H×nh 5.16.S¬ ®å biÓu diÔn c¸c ¶nh tÝnh l−îng hiÖu chØnh mËt ®é.
h−ëng cña vá sÐt
(theo Schlumberger) 138
- Trªn h×nh vÏ ta thÊy víi mét gi¸ trÞ mËt ®é khèi ρb cho tr−íc, sè ®Õm cña hai
detector khi giao héi sÏ r¬i vµo c¸c ®iÓm trªn mét ®−êng cong trung b×nh vµ kh«ng ®æi
víi mäi gi¸ trÞ mËt ®é vµ chiÒu dµy cña vá sÐt.
Dùa vµo tËp hîp c¸c ®−êng cong trung b×nh nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ hiÖu chØnh
∆ρb. M¸y ghi trªn mÆt ®Êt sÏ tù ®éng ghi gi¸ trÞ ρb vµ ∆ρb cïng chiÒu s©u.
Trªn h×nh 5.16 - trôc ®øng lµ gi¸ trÞ sè ®Õm cña detector xa, trôc ngang lµ sè
®Õm cña detector gÇn.
C¸c ®iÓm n»m bªn tr¸i ®−êng th¼ng chÐo lµ tr−êng hîp dung dÞch nÆng (cã phô gia
barit), bªn ph¶i lµ tr−êng hîp dung dÞch th−êng. KÕt qu¶ ®o tÝnh ρb míi chØ lµ biÓu kiÕn.
C¨n cø vµo vÞ trÝ cña ®iÓm giao héi bëi cÆp sè ®Õm tõ c¸c detector xa vµ gÇn ta
tÝnh gi¸ trÞ ∆ρb dùa trªn phÐp néi suy theo l−íi c¸c ®−êng cong cã s½n trªn b¶n chuÈn.
C¸c phÐp tÝnh nµy ®−îc thùc hiÖn tù ®éng vµ vÏ hai ®−êng cong ρb vµ ∆ρb trªn cïng
b¨ng ghi.
5.3.3.4. ChiÒu s©u nghiªn cøu vµ ®é ph©n gi¶i cña c¸c Zond ®o gamma t¸n x¹
mËt ®é
ChiÒu s©u nghiªn cøu cña c¸c thiÕt bÞ ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é phô thuéc vµo
mËt ®é khèi cña ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan. MËt ®é cµng cao th× chiÒu s©u nghiªn cøu
cña phÐp ®o cµng gi¶m. Trong c¸c thµnh hÖ cã lç rçng vµ thÊm tèt, chiÒu s©u nghiªn
cøu cña c¸c thiÕt bÞ hiÖn nay kh«ng qu¸ 6 inch (∼ 15cm), nghÜa lµ trong vïng ®íi ngÊm
ë thµnh giÕng.
Kh¶ n¨ng ph©n gi¶i l¸t c¾t cña c¸c thiÕt bÞ ®o gamma t¸n x¹ mËt ®é phô thuéc
vµo kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector. §èi víi c¸c Zond cã mét detector (FDL),
kho¶ng c¸ch nµy lµ 16 inch (0,4m), cßn c¸c Zond cã hai detector (FDC) th× kho¶ng
c¸ch gi÷a c¸c detector lµ 10inch (0,25m).
§iÓm ®o cña Zond gamma t¸n x¹ mËt ®é lµ ®iÓm gi÷a nguån vµ detector (cho
tr−êng hîp FDL) hoÆc ®iÓm gi÷a hai detector gÇn vµ xa (FDC).
5.3.3.5. ChuÈn kh¾c ®é c¸c m¸y ®o gamma t¸n x¹
C¸c m¸y ®o phãng x¹ h¹t nh©n nãi chung vµ ®o gamma t¸n x¹ nãi riªng ®Òu cÇn
®−îc chuÈn ®Ó ®Þnh gi¸ trÞ cho sè ®o xung/phót hoÆc xung/gi©y, cps theo ®¬n vÞ lç rçng
(p.u) hay ®¬n vÞ mËt ®é t−¬ng øng. Cã hai møc chuÈn kh¾c ®é: ChuÈn ®Þnh kú (hay
chuÈn ®Çy ®ñ) thùc hiÖn t¹i phßng thÝ nghiÖm cã c¸c m« h×nh chuÈn vµ cña chuÈn tr−íc
vµ sau mçi hiÖp ®o t¹i giÕng khoan.
ChuÈn kh¾c ®é gåm 3 b−íc sau:
- KÕt qu¶ chuÈn lÊy theo sè ®äc khi ®o trong ®¸ v«i s¹ch b∙o hoµ n−íc ngät ®∙
biÕt tr−íc mËt ®é vµ ®é rçng.
- LÊy sè ®o chuÈn trong mét khèi nh«m so víi thµnh hÖ ®¸ v«i ë phßng thÝ
nghiÖm.
139
- - KiÓm tra c¸c sè ®o chuÈn t¹i hiÖn tr−êng cña mét Zond ®o so víi sè ®o cïng
b»ng chÝnh Zond ®ã trong khèi nh«m.
ViÖc kiÓm tra nh− vËy ®−îc tiÕn hµnh tr−íc vµ sau mçi hiÖp ®o.
C¸c m¸y ®o bï kÐp cã hai detector. ViÖc kiÓm tra thùc hiÖn b»ng c¸ch lÊy tû sè
gi÷a sè ®Õm cña c¸c detector gÇn vµ xa. Trong cïng mét ®iÒu kiÖn m«i tr−êng, tû sè
nµy tr−íc vµ sau khi ®o ph¶i kh«ng ®æi hoÆc thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ.
Mçi c«ng ty dÞch vô ®Òu cã c¸ch x©y dùng b¶n chuÈn riªng ®Ó quy ®æi tõ sè ®o
tèc ®é ®Õm ra ®¬n vÞ rçng hoÆc ®¬n vÞ mËt ®é.
ViÖc tÝnh to¸n vµ biÓu
diÔn kÕt qu¶ ®o gamma t¸n x¹
mËt ®é th−êng ®−îc tiÕn hµnh tù
®éng. C¸c sè ®Õm xung/phót
hoÆc xung/gi©y dùa theo c¸c
tham sè chuÈn m¸y mµ chuyÓn
®æi sang gi¸ trÞ mËt ®é ρ(g/cm3)
hoÆc φD(%) vµ vÏ thµnh ®−êng
cong liªn tôc theo chiÒu s©u
giÕng khoan.
Bªn c¹nh ®−êng ghi
ρ(g/cm3), c¸c biÓu ®å ®o bï
gamma t¸n x¹ mËt ®é bao giê
còng cã biÓu ®å ghi gi¸ trÞ hiÖu
chØnh ∆ρ. §−êng biÓu diÔn nµy
thÓ hiÖn sù thay ®æi chiÒu dµy vµ
thµnh phÇn cña líp vá sÐt vµ ®é
nh½n cña thµnh giÕng khoan.
Tr−êng hîp ®o gamma
t¸n x¹ b»ng Zond ®o cã mét
detector th× gi¸ trÞ biÓu diÔn lµ
xung/phót hay xung/gi©y. BiÓu
®å ®o nh− vËy chØ cã gi¸ trÞ ®Þnh
tÝnh h¬n lµ ®Þnh l−îng. §i kÌm
c¸c ®−êng cong ρ(g/cm3),
H×nh 5.17. VÝ dô cña phÐp ®o Gamma t¸n x¹
∆ρ(g/cm3), φD(%) th−êng cã c¸c
mËt ®é cã hiÖu chØnh tù ®éng
®−êng GR vµ CAL (®−êng kÝnh
giÕng) (H×nh 5.17).
5.3.3.5. Ph¹m vi øng dông cña ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é
C¸c ph−¬ng ph¸p FDC vµ FDL ®−îc sö dông réng r∙i ®Ó nghiªn cøu c¸c giÕng
khoan th¨m dß dÇu khÝ , than vµ quÆng kh¸c nhau.
140
- øng dông quan träng nhÊt cña ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é lµ x¸c ®Þnh
®é rçng cña ®¸ chøa bëi tham sè nµy cã liªn hÖ chÆt chÏ víi mËt ®é khèi vµ mËt ®é
electron.
Trong m«i tr−êng cã lç rçng, mËt ®é khèi ρb cã quan hÖ víi thµnh phÇn kho¸ng
vËt t¹o ®¸ theo hiÖu øng céng:
ρ b = Φρ f + (1 − Φ )ρ ma (5.24)
ρ f = S hr ρ h + S xo ρ mf
Trong ®ã:
n
ρ ma = ∑ Vn ρ ma n
1
S hr + S xo = 1
n
Φ + ∑ Vn = 1
1
Víi ρf, ρma, ρmf lÇn l−ît lµ mËt ®é cña chÊt l−u, khung ®¸ vµ dung dÞch filtrat.
Sxo, Shr lÇn l−ît lµ ®é b∙o hoµ cña n−íc vµ dÇu sãt trong ®íi röa.
Vn vµ ρ ma lµ tû phÇn thÓ tÝch vµ mËt ®é cña kho¸ng vËt thø n trong ®¸.
n
Tõ c«ng thøc (5.24) ta cã:
ρ ma − ρ b
Φ= (5.25)
ρ ma − ρ mf
§é rçng tÝnh theo c«ng thøc (5.25) lµ ®é rçng tÝnh theo ph−¬ng ph¸p gamma t¸n
x¹ mËt ®é vµ ký hiÖu lµ ΦD.
Trong ®¸ c¸t kÕt chøa hµm l−îng sÐt VSh < 0,3 ta cã thÓ tÝnh quan hÖ gi÷a ΦD
víi ®é rçng hiÖu dông Φef nh− sau:
Φ D = Φ ef + (1 − Φ − VSh )Φ ma + VSh Φ DSh (5.26)
Nh−ng v× Φma rÊt nhá vµ lÊy b»ng kh«ng (Φma = 0) vµ ta cã thÓ viÕt (5.26) ®¬n
gi¶n h¬n vµ chuyÓn vÕ:
Φ ef = Φ D − VSh Φ DSh (5.27)
Trong ®ã, ΦDSh lµ ®é rçng cña sÐt ®o ®−îc ë vØa thuÇn sÐt bªn c¹nh, th−êng gi¸
trÞ nµy kho¶ng 0,12 (®¬n vÞ ®¸ v«i). Tû phÇn thÓ tÝch cña sÐt trong ®¸ cã thÓ tÝnh theo
GR hoÆc SP.
141
- VÝ dô: Theo biÓu ®å ngang vØa nghiªn cøu ΦD=0,22, tÝnh theo GR, VSh = 0,20.
Thay vµo (5.27) ta cã Φef:
Φef = 0,22 - 0,12 x 0.20 = 0,196 = 19,6%.
Gi¸ trÞ ΦD tÝnh ®−îc tõ ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é ®−îc sö dông ®Ó
ph©n chia l¸t c¾t th¹ch häc, liªn kÕt chóng theo tuyÕn c¸c giÕng khoan. Ngoµi ra, gi¸ trÞ
ΦD cßn ®−îc sö dông ®Ó bæ trî n©ng cao ®é chÝnh x¸c khi ph©n tÝch tµi liÖu träng lùc
vµ ®Þa chÊn ®Þa tÇng.
Trong c¸c giÕng khoan th¨m dß than vµ c¸c lo¹i quÆng ®a kim, ph−¬ng ph¸p
gamma t¸n x¹ mËt ®é ®−îc sö dông ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau:
- X¸c ®Þnh c¸c ®íi quÆng ho¸.
- TÝnh hµm l−îng c¸c nguyªn tè nÆng trong ®¸.
- X¸c ®Þnh chÝnh x¸c chiÒu dµy c¸c vØa than.
Khi tæ hîp cïng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c, ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ mËt ®é cã
thÓ gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau trong kü thuËt khoan:
- X¸c ®Þnh møc xim¨ng vµ ®é æn ®Þnh chÊt l−îng cña xim¨ng.
- X¸c ®Þnh vÞ trÝ ranh giíi tiÕp xóc cña hai chÊt l−u cã tû träng kh¸c nhau.
- X¸c ®Þnh ®Çu nèi èng chèng vµ vÞ trÝ èng chèng bÞ ¨n mßn.
Sö dông ph−¬ng ph¸p gamma t¸n x¹ chän läc song song víi ph−¬ng ph¸p
gamma t¸n x¹ mËt ®é cã thÓ nhËn ®−îc c¸c th«ng tin bæ Ých khi nghiªn cøu c¸c giÕng
khoan th¨m dß c¸c lo¹i quÆng s¾t, mangan, ®ång, niken, coban, wolfram, moliblen vµ
polimetal.
5.3.4. Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma
Trong kü thuËt khoan khai th¸c dÇu khÝ, t×m kiÕm n−íc d−íi ®Êt hay kiÓm tra
chÊt l−îng c¸c c«ng tr×nh thuû c«ng, cã lóc ng−êi ta sö dông mét ph−¬ng ph¸p dùa trªn
c¬ së ®−a vµo m«i tr−êng nghiªn cøu mét l−îng c¸c ®ång vÞ phãng x¹ ng¾n ngµy råi ®o
bøc x¹ gamma do chóng b¾n ra. Ph−¬ng ph¸p ®ã ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ
phãng x¹ hay ph−¬ng ph¸p nguyªn tö ®¸nh dÊu.
Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ ®−îc thùc hiÖn theo tr×nh tù sau:
- §o gamma tù nhiªn trong giÕng khoan vµ ®¸nh sè lµ ®−êng GR1.
- Th¶ vµo giÕng mét dung m«i cã ho¹t tÝnh phãng x¹ cao (dung dÞch, v÷a
xim¨ng, n−íc) hoÆc chÊt bét (c¸t, bét).
- Röa giÕng mét c¸ch thËn träng b»ng mét dung dÞch kh«ng cã ho¹t tÝnh phãng
x¹ hay n−íc l∙.
142
- - §o ®−êng cong gamma thø hai vµ ®¸nh sè GR2.
So s¸nh hai ®−êng GR1 vµ GR2 ta sÏ ph¸t hiÖn ®−îc c¸c ®o¹n giÕng cã b¸m c¸c
®ång vÞ phãng x¹ liªn quan ®Õn c¸c ®èi t−îng cÇn nghiªn cøu trong ®Þa chÊt hay trong
kü thuËt.
C¸c ®ång vÞ sö dông ®Ó ®−a vµo giÕng khoan khi thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p nguyªn
tö ®¸nh dÊu ®Òu ph¶i tu©n theo mét quy ®Þnh chÆt chÏ, b¶o ®¶m an toµn cho ng−êi vµ
m«i tr−êng.
Th−êng ng−êi ta sö dông c¸c ®ång vÞ cã chu kú b¸n r∙ ng¾n, n¨ng l−îng trung
b×nh cña c¸c tia gamma do chóng b¾n ra lµ thÊp vµ kh¸c biÖt víi n¨ng l−îng cña c¸c
®ång vÞ gÆp trong l¸t c¾t ®Þa chÊt cña giÕng khoan.
Khi pha trén vµ th¶ ®ång vÞ ®¸nh dÊu kh«ng ®−îc v−¬ng v∙i ra sµn khoan vµ
m«i tr−êng xung quanh.
Khi chän ®ång vÞ ®Ó pha trén dung dÞch ho¹t tÝnh cÇn ph¶i tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng
hÊp thô chóng cña c¸c ®Êt ®¸, èng chèng còng nh− vá m¸y giÕng.
Mét sè ®ång vÞ cã ph¸t x¹ gamma sau ®©y hay ®−îc dïng ®Ó ®iÒu chÕ dung dÞch
ho¹t tÝnh th¶ vµo giÕng khoan: 131I (T=8,05 ngµy); 59Fe (T=45,1 ngµy); 65Zn (T=250
ngµy); 95Zr (T=65 ngµy); 60Co (T=5,2 n¨m); 110Ag (T=270 ngµy).
C¸c ®ång vÞ nµy ®−îc pha trén trong dung dÞch ë nång ®é nhÊt ®Þnh. Tr¸nh
nång ®é cao, nh−ng ph¶i b¶o ®¶m c−êng ®é bøc x¹ gamma cña dung dÞch ho¹t tÝnh lín
h¬n ph«ng tõ 10- 20 lÇn.
LiÒu l−îng c¸c ®ång vÞ trong ®iÒu chÕ dung dÞch ho¹t tÝnh ®−îc x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc sau:
Vd * C d
V= (5.28)
C
Trong ®ã:
V: ThÓ tÝch dung dÞch ho¹t tÝnh (cm3).
Vd: ThÓ tÝch dung dÞch nång ®é thÊp cÇn cã (m3).
C: Nång ®é thùc c¸c ®ång vÞ trong dung dÞch ho¹t tÝnh (mCi/cm3).
Cd: Nång ®é thùc cña dung dÞch ®iÒu chÕ (mCi/m3).
Nång ®é cña c¸c dung dÞch th−êng dïng thay ®æi trong kho¶ng 0,5 ®Õn 5mCi/m3.
M¸y mãc thiÕt bÞ ®o theo ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma hÖt nh− cña
m¸y mãc thiÕt bÞ ®o gamma tù nhiªn GR.
Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma ®−îc dïng ®Ó gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô
kh¸c nhau trong c¸c giÕng khoan trÇn hoÆc cã èng chèng.
143
- - §èi víi c¸c giÕng khoan trÇn, ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc dïng ®Ó gi¶i quyÕt hai
nhiÖm vô hay gÆp:
+ X¸c ®Þnh ®íi mÊt dung dÞch khoan.
+ Nghiªn cøu ®Æc ®iÓm thÊm chøa cña ®¸ colector trong l¸t c¾t.
Khi gi¶i quyÕt hai nhiÖm vô nªu trªn, ta cã thÓ ®−a chÊt l−u phãng x¹ vµo giÕng
khoan ngay sau khi khoan hoÆc cã thÓ khoan giÕng b»ng dung dÞch khoan cã trén ®ång
vÞ phãng x¹.
Trong tr−êng hîp thø nhÊt: D−íi t¸c dông cña ¸p lùc cét n−íc, c¸c chÊt phãng
x¹ theo filtrat sÏ thÊm vµo lç rçng cña c¸c líp ®¸ cã ®é rçng vµ ®é thÊm tèt. Líp ®¸ cã
®é rçng vµ ®é thÊm cµng cao th× c¸c ®ång vÞ phãng x¹ b¸m trªn thµnh giÕng cµng
nhiÒu, chiÒu dµy líp vá sÐt cµng lín vµ sÏ t¹o nªn dÞ th−êng phãng x¹ khi ®o GR2. Tuy
nhiªn, cÇn l−u ý r»ng cã tr−êng hîp líp vá sÐt ®−îc h×nh thµnh tr−íc cã chiÒu dµy lín
vµ b¸m bÒn v÷ng nªn khi röa ®Ó thay dung dÞch, vá sÐt vÉn tån t¹i vµ ng¨n kh«ng cho
dung dÞch ho¹t tÝnh thÊm vµo thµnh giÕng. Khi ®ã chÝnh n¬i cã gi¸ trÞ GR2 nhá l¹i lµ
n¬i ®Êt ®¸ cã ®é rçng vµ thÊm tèt.
Trong tr−êng hîp thø hai: Khoan giÕng b»ng dung dÞch cã trén ®ång vÞ phãng
x¹. Qu¸ tr×nh h×nh thµnh líp vá sÐt trªn thµnh giÕng sÏ mang theo c¸c ®ång vÞ b¸m trªn
thµnh giÕng. L−îng c¸c ®ång vÞ phãng x¹ trong vá sÐt tû lÖ víi chiÒu dµy vá sÐt nªn chØ
thÞ GR1 ®∙ cho phÐp x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ cña c¸c vØa rçng vµ thÊm trong l¸t c¾t.
Tuy nhiªn, b»ng c¸ch nµy sÏ ph¶i tiªu hao mét l−îng lín c¸c ®ång vÞ phãng x¹ ®Ó trén
trong dung dÞch khoan. C«ng thøc tÝnh hµm l−îng ®ång vÞ phãng x¹ trong pha chÕ
dung dÞch khoan nh− sau:
∆qγ
q = 10.a. (5.29)
Φ
Trong ®ã:
a lµ hÖ sè tÝnh ®Õn kh¶ n¨ng hÊp thô cña c¸c ®ång vÞ vµ ®Èy chóng, thay
®æi tõ 2 ®Õn 5.
∆qγ thay ®æi lín nhÊt hµm l−îng c¸c nguyªn tè ®ång vÞ phãng x¹ trong
c¸c ®¸ cña l¸t c¾t giÕng khoan.
Φ lµ gi¸ trÞ ®é rçng trung b×nh cña ®¸ colector.
Ph−¬ng ph¸p ®ång vÞ phãng x¹ gamma tiÕn hµnh thËt ®¬n gi¶n nh−ng l¹i cã
ph¹m vi øng dông rÊt réng r∙i:
- KiÓm tra ®é kÝn cña èng chèng.
- Ph¸t hiÖn c¸c ®iÓm hë bªn ngoµi èng chèng.
- X¸c ®Þnh møc ®é liªn th«ng ë ®o¹n ®ôc (®ét) thµnh giÕng.
144
- - Ph¸t hiÖn vÞ trÝ b¾n më vØa ngoµi èng chèng.
- KiÓm tra ®é kÝn cña paker.
- KiÓm tra chiÒu cao cét xim¨ng (møc d©ng xim¨ng).
- KiÓm tra ®é g¾n kÕt xim¨ng ë ¸p suÊt cao.
- KiÓm tra khuyÕt tËt cña cÇu xim¨ng.
- X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng tiÕp nhËn chÊt l−u cña c¸c vØa.
- KiÓm tra b¬m Ðp n−íc vµ khÝ vµo vØa.
- X¸c ®Þnh ®é chøa cña vØa b»ng dÇu hay n−íc ®¸nh dÊu trªn c¬ së ®é thÊm pha.
- KiÓm tra, ®¸nh gi¸ c¸c khe nøt thuû lùc.
- v. v
5.3.5. C¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron
Nhãm c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron bao gåm c¸c biÕn thÓ kh¸c nhau, chóng ®Òu cã
c¬ së chung lµ dïng nguån b¾n ph¸ m«i tr−êng nghiªn cøu b»ng mét chïm c¸c n¬tron
nhanh vµ ®o ghi c¸c hiÖu øng do kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh t−¬ng t¸c gi÷a c¸c n¬tron víi
m«i tr−êng vËt chÊt.
5.3.5.1. Ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma
a) C¬ së vËt lý:
B¾n ph¸ ®Êt ®¸ ë thµnh giÕng khoan b»ng c¸c h¹t n¬tron vµ ®o c−êng ®é bøc x¹
gamma ph¸t x¹ tõ mét sè nguyªn tè nhÊt ®Þnh trong ®¸ do kÕt qu¶ b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt
lµ nguyªn t¾c chung cña ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma (H×nh 5.18).
C¸c n¬tron nhanh b¾n ra tõ nguån S, va ch¹m víi c¸c h¹t nh©n trong m«i tr−êng
c¸c n¬tron bÞ mÊt dÇn n¨ng l−îng vµ trë thµnh n¬tron nhiÖt. Qu¸ tr×nh lµm chËm c¸c
n¬tron nhanh ®Ó biÕn thµnh n¬tron nhiÖt cµng mau chãng khi trong m«i tr−êng nghiªn
cøu cã nhiÒu h¹t nh©n nhÑ.
ë møc n¨ng l−îng thÊp, n¬tron nhiÖt rÊt dÔ bÞ mét sè h¹t nh©n trong m«i tr−êng
b¾t gi÷. X¸c suÊt ®Ó c¸c n¬tron nhiÖt bÞ b¾t gi÷ phô thuéc vµo tiÕt diÖn b¾t gi÷ hiÖu
dông ®èi víi n¬tron nhiÖt cña c¸c nguyªn tö cã trong m«i tr−êng. Sau khi b¾t gi÷
n¬tron, h¹t nh©n r¬i vµo tr¹ng th¸i kÝch thÝch vµ chóng th−êng tho¸t khái tr¹ng th¸i nµy
theo c¸ch ph¸t x¹ n¨ng l−îng d−íi d¹ng mét l−îng tö gamma. C¸c l−îng tö nµy cßn
®−îc gäi lµ gamma chiÕm gi÷ ®Ó ph©n biÖt víi c¸c Gamma Ray tù nhiªn. Mét ph¶n
øng ®iÓn h×nh cña qu¸ tr×nh b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt lµ sù b¾t gi÷ cña h¹t nh©n hydro:
H + 0 n1 → 1 H + γ
1 2
(5.30)
1
L−îng tö gamma sinh ra trong ph¶n øng (5.30) cã phæ n¨ng l−îng 2,23MeV.
145
- b) S¬ ®å nguyªn t¾c:
H×nh 5.18 lµ s¬ ®å ®o theo ph−¬ng
3
2
ph¸p n¬tron - gamma chiÕm gi÷. Trong m¸y
giÕng (1) gåm cã nguån S ph¸t x¹ ra c¸c
n¬tron vµ detector D ®Ó ®Õm c¸c l−îng tö
gamma chiÕm gi÷. Gi÷a nguån S vµ detector
D cã mµn ch× (4) ®Ó ng¨n c¸c tia gamma
kh«ng ®i th¼ng tõ nguån ®Õn detector.
TÝn hiÖu tõ m¸y giÕng ®i theo c¸p lªn
mÆt ®Êt qua c¸c ng¨n ®iÒu chÕ tÝn hiÖu (2) sau
®ã ®−a lªn bé ghi (3).
D
C−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ 1 Ln γ
phô thuéc vµo hµm l−îng nguyªn tè hydro
trong m«i tr−êng nghiªn cøu. Trong tù nhiªn, 4
nguyªn tè nµy cã trong pha láng (dÇu, n−íc)
vµ pha khÝ cña ®¸. C¸c l−u chÊt nµy b∙o hoµ S
lÊp kÝn trong lç rçng cña ®¸, do ®ã c−êng ®é
gamma chiÕm gi÷ ®o ®−îc sÏ cã quan hÖ chÆt H×nh 5.18. S¬ ®å nguyªn t¾c cña
chÏ víi ®é lç rçng Φ cña thµnh hÖ ®¸ chøa. phÐp ®o N¬tron - Gamma.
Hµm l−îng hydro trong dÇu vµ n−íc ®−îc coi
lµ xÊp xØ b»ng nhau.
Trong khi ®ã hµm l−îng cña nguyªn tè nµy trong pha khÝ th× Ýt h¬n h¼n. Dùa vµo thùc
tÕ ®ã ng−êi ta cã thÓ ph©n biÖt ®−îc chÊt l−u b∙o hoµ trong ®¸ chøa lµ dÇu n−íc hay khÝ.
MËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt hay còng lµ
c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ cßn phô A B C
thuéc vµo kho¶ng c¸ch tõ nguån S ®Õn detector
MËt ®é n¬tron nhiÖt
D hay còng lµ chiÒu dµi cña thiÕt bÞ ®o (Lnγ).
H×nh 5.19 biÓu diÔn sù thay ®æi mËt ®é
cña c¸c n¬tron nhiÖt theo kÝch th−íc Lnγ trong
c¸c m«i tr−êng ®¸ chøa cã hµm l−îng hydro
kh¸c nhau (chØ sè ®−êng cong).
Theo kho¶ng c¸ch, tõ gÇn ®Õn xa nguån S
chia lµm 3 vïng lÇn l−ît lµ A, B vµ C víi tªn
gäi: Vïng gÇn A, vïng mï B vµ vïng xa C.
Trong vïng gÇn, mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt
tû lÖ thuËn víi hµm l−îng hydro trong m«i
tr−êng. ë vïng xa, quan hÖ nµy ng−îc l¹i - tû lÖ
nghÞch víi hµm l−îng hydro. Kho¶ng c¸ch Lnγ
H×nh 5.19. MËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt
Trong vïng mï, c¸c ®−êng biÓu diÔn
cña nguån Ra - Be
ph©n bè mËt ®é n¬tron nhiÖt c¾t chÐo nhau, cã
nghÜa lµ ë ®ã mËt ®é n¬tron kh«ng “nh¹y” víi hµm l−îng hydro.
146
- §Æc ®iÓm võa nªu nãi lªn r»ng ®Ó gi¸ trÞ ®o c−êng ®é gamma chiÕm gi÷ ph©n dÞ
theo hµm l−îng hydro trong m«i tr−êng nghiªn cøu th× ta ph¶i chän kho¶ng c¸ch tõ
nguån ®Õn detector r¬i vµo cïng gÇn vµ vïng xa, tr¸nh vïng mï.
Trong §Þa vËt lý giÕng khoan nh»m h¹n chÕ ¶nh h−ëng cña giÕng khoan vµ phÐp
®o cã ®é nh¹y cao ng−êi ta th−êng chän kÝch th−íc Zond ®o - kho¶ng c¸ch Lnγ r¬i vµo
vïng xa (C). Th−êng kho¶ng c¸ch ®ã Lnγ ≥ 0,4m. Víi kÝch th−íc Zond ®o nh− vËy,
c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ tû lÖ nghÞch víi tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« cña m«i
tr−êng ®èi víi c¸c n¬tron nhiÖt.
C¸c ®¸ chøa n−íc cã ®é kho¸ng ho¸ cao (NaCl, KCl, ) vµ ®Æc biÖt lµ c¸c diapia
muèi cã tÇm quan träng trong viÖc b¾t gi÷ n¬tron (víi ph¶n øng n, γ).
ë c¸c líp ®ã tiÕt diÖn b¾t gi÷ vÜ m« t¨ng lªn do cã mÆt nguyªn tè Clore ®èi víi
n¬tron nhiÖt (σCl = 33 bar). Ngoµi ra, n¬tron cßn cã thÓ bÞ b¾t gi÷ bëi sù cã mÆt cña c¸c
nguyªn tè bor, liti, cadmi, cobalt, mangan, vanadi, trong ®¸. Khi cã mÆt bor vµ liti
trong ®¸ th× ph¶n øng b¾t gi÷ theo kiÓu (n, α):
B + 0 n1 → 3 Li + 2 He(α )
10 7 4
5
Li + 0 n1 →1 H + 2 He(α )
6 3 4
3
Nh÷ng ph¶n øng lo¹i nµy (n, α) sÏ lµm gi¶m c−êng ®é phãng x¹ gamma chiÕm
gi÷ tõ ph¶n øng (n, γ).
C¸c l−îng tö gamma sinh ra do chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt cã c¸c n¨ng l−îng kh¸c
nhau. PhÇn lín c¸c nguyªn tè khi b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt th× ph¸t ra l−îng tö gamma cã
n¨ng l−îng thay ®æi trong ph¹m vi réng tõ vµi phÇn m−êi ®Õn mét vµi MeV, chØ riªng h¹t
nh©n hydro khi chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt th× ph¸t ra l−îng tö gamma cã n¨ng l−îng 2,23
MeV vµ ®©y lµ phæ n¨ng l−îng ®Æc tr−ng cña h¹t nh©n hydro khi chiÕm gi÷ n¬tron nhiÖt.
c) Nguån ph¸t x¹ n¬tron:
Trong thùc tÕ s¶n xuÊt ng−êi ta cã thÓ dïng mét trong hai lo¹i nguån ph¸t
n¬tron:
- Nguån ®ång vÞ.
- M¸y ph¸t n¬tron.
C¸c nguån ®ång vÞ ph¸t x¹ n¬tron phæ biÕn lµ dïng c¸c ®ång vÞ Ra, Po, Pu hoÆc
Am ë d¹ng bét trén lÉn víi bét Be. C¸c ®ång vÞ Ra, Po, Pu vµ Am ph©n r∙ b¾n ra tia α
(2H4). C¸c h¹t α nµy b¾n vµo c¸c h¹t nh©n Be g©y ph¶n øng h¹t nh©n.
Be+ 2 He→12 C + 0 n1 + γ
9 4
(5.31)
4 6
C¸c n¬tron sinh ra tõ ph¶n øng (5.31) cã n¨ng l−îng tõ 1 MeV ®Õn 13 MeV
trong ®ã tËp trung nhÊt lµ c¸c n¬tron cã n¨ng l−îng trong kho¶ng 3,2 - 5.0 MeV.
147
- Nguån Ra - Be cã −u ®iÓm lµ luång n¬tron æn ®Þnh v× chu kú b¸n r∙ cña Radi lµ
1620 n¨m nh−ng còng cã nh−îc ®iÓm lµ cã ph«ng phãng x¹ gamma lín, kh«ng lîi cho
phÐp ®o n¬tron - gamma.
Nguån Po - Be ph¸t ra c¸c n¬tron víi ph«ng gamma kh«ng ®¸ng kÓ nh−ng cã
nh−îc ®iÓm lµ chu kú b¸n r∙ ng¾n (TPo = 140 ngµy) nªn nguån cÇn ®−îc chuÈn l¹i thoe
®Þnh kú.
Nguån Pu - Be vµ Am - Be ph¸t luång n¬tron kÌm víi ph«ng gamma thÊp, cã
chu kú b¸n r∙ dµi (TPu = 24300 n¨m vµ TAm = 458 n¨m) lµ nguån lý t−ëng sö dông
trong §Þa vËt lý giÕng khoan. C¸c nguån nµy ph¸t luång n¬tron kh¸ æn ®Þnh.
Nguån Californium (252Cf) lµ nguån ®ång vÞ ®−îc dïng phæ biÕn hiÖn nay c¶
trong thùc nghiÖm ë phßng thÝ nghiÖm lÉn trong ®o giÕng khoan. §ång vÞ 252Cf tù ph©n
r∙ ph¸t ra n¬tron gÇn ®¬n n¨ng vµ víi luång n¬tron lín h¬n c¸c nguån kh¸c (1 Curie
chÊt Cf sÏ ph¸t ra luång 4,4.10-9 n¬tron/s). Nguån nµy cã −u ®iÓm lµ kÝch th−íc rÊt bÐ
(gÇn nh− nguån ®iÓm), ph¸t luång n¬tron æn ®Þnh.
Trong khi ®o kÝch ho¹t phãng x¹ ng−êi ta hay dïng nguån Californium v× nã cã
luång ph¸t n¬tron gÇn nh− kh«ng ®æi.
Chu kú b¸n r∙ cña ®ång vÞ Cf t−¬ng ®èi ng¾n (TCf = 265 n¨m) so víi c¸c nguån
kh¸c Am-Be, Pu-Be lµ c¸c nguån ®−îc dïng trong c¸c phÐp ®o n¬tron b×nh th−êng.
C¸c n¬tron ph¸t ra tõ nguån Cf cã n¨ng l−îng t−¬ng ®èi thÊp (En = 2,3MeV) nh−ng
gÇn ®¬n n¨ng.
Khi thùc hiÖn ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma th−êng dÔ bÞ ¶nh h−ëng cña c−êng
®é bøc x¹ gamma tù nhiªn (GR). §Ó tr¸nh ¶nh h−ëng ®ã, ng−êi ta th−êng chän c¸ch
dïng nguån n¬tron cã c«ng suÊt lín ®Ó tr−êng phãng x¹ gamma chiÕm gi÷ lín gÊp
hµng chôc lÇn tr−êng GR. NÕu chiÒu dµi Lnγ = 50 cm th× dïng nguån 2-4Ci
M¸y ph¸t n¬tron: M¸y ph¸t n¬tron dïng trong §Þa vËt lý giÕng khoan lµ mét
èng gia tèc h¹t kiÓu Van de Graff cã kÝch th−íc nhá, ph¸t ra c¸c n¬tron nhê ph¶n øng
2 3
h¹t nh©n gi÷a c¸c ®ång vÞ hydro nÆng deuterium ( 1 H ) vµ tritium (1 H )
H + 1 H → 2 He + 0 n1
3 2 4
(5.32)
1
Trong ph¶n øng nµy t¹o ra mét nguyªn tö Helium (h¹t α) vµ mét n¬tron ®¬n
n¨ng cã n¨ng l−îng lín (14 ®Õn 15 MeV).
S¬ ®å nguyªn t¾c cña mét m¸y ph¸t n¬tron ®−îc tr×nh bµy trong h×nh 5.20
Trong èng gia tèc b»ng thuû tinh (1) chøa nguån deuteri (2) (Sîi d©y tãc b»ng
Titan cã tÈm deuteri). Khi sîi Titan bÞ ®èt nãng trong èng chøa deuteri d−íi ¸p suÊt 10-2
®Õn 10-3 atm, catot cña ®Ìn (3) b¾n ra c¸c electron. C¸c ®iÖn tö nµy chuyÓn ®éng ch¹m
vµo thµnh èng (4) tÝch ®iÖn d−¬ng, trªn ®−êng di chuyÓn chóng lµm ion ho¸ c¸c
nguyªn tè deuteri. C¸c ion nµy ®−îc gia tèc lªn nhê cã èng d©y (7) - cÊu t¹o bëi c¸c
vßng quÊn vµ cã tõ tÝnh kh«ng ®æi. Trªn ®−êng ®i, c¸c ion ®−îc héi tô l¹i bëi
148
- 7
diaphragma (5) ®Ó h−íng 3 1
5
tíi bia tritium (6) víi
n¨ng l−îng ®ñ lín ®Ó t¹o
ph¶n øng tæng hîp ra Heli
®ång thêi lµm b¾n ra c¸c
n¬tron nhanh.
C¸c lo¹i m¸y ph¸t 6 4 2
hay sö dông trong s¶n
H×nh 5.20. S¬ ®å nguyªn t¾c cña mét m¸y ph¸t n¬tron
xuÊt lµm viÖc theo chÕ ®é
xung vµ cho th«ng l−îng n¬tron cì 2,5.107 n/s. Ngoµi ra cßn cã c¸c kiÓu m¸y ph¸t
n¬tron kh¸c cã th«ng l−îng gÊp m−êi lÇn lín h¬n vµ cã thÓ lµm viÖc c¶ hai chÕ ®é
xung vµ liªn tôc.
C¸c m¸y ph¸t n¬tron cã nhiÒu −u ®iÓm: ph¸t c¸c n¬tron cã n¨ng l−îng lín vµ
®¬n n¨ng, luång n¬tron lín. Nhê lµm viÖc ë chÕ ®é xung nªn ®∙ lµ c¬ së thùc hiÖn
ph−¬ng ph¸p xung n¬tron ®Ó gi¶i quyÕt nhiÒu vÊn ®Ò ®Þa chÊt trong nghiªn cøu c¸c má
dÇu khÝ, ch¼ng h¹n x¸c ®Þnh b¶n chÊt cña chÊt l−u trong ®¸ chøa. VÒ mÆt kü thuËt an
toµn, c¸c m¸y ph¸t n¬tron −u viÖt h¬n h¼n c¸c nguån n¬tron dïng ®ång vÞ phãng x¹.
d) ChiÒu s©u nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p
ChiÒu s©u hay b¸n kÝnh nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma ®−îc hiÓu
lµ bÒ dµy cña líp ®Êt ®¸ tÝnh tõ thµnh giÕng khoan ®Õn bÒ mÆt h×nh trô, ë ®ã c¸c n¬tron
cã thÓ xuyªn tíi vµ bÞ b¾t gi÷ b¨n ra c¸c l−îng tö gamma chiÕm gi÷ ®Ó c¸c detector cã
thÓ ghi ®−îc. Nh− vËy, chiÒu s©u nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p phô thuéc vµo chiÒu dµi
cña Zond ®o Lnγ vµ kho¶ng ®©m xuyªn cña c¸c n¬tron. ChiÒu dµi Lnγ cña c¸c m¸y
giÕng kho¶ng 0,5m. ChiÒu s©u ®©m xuyªn cña n¬tron trong ®Êt ®¸ phô thuéc vµo hµm
l−îng hydro cã trong ®¸. V× vËy, c¸c ®¸ r¾n ch¾c, lç rçng thÊp th× chiÒu s©u ®©m xuyªn
lín tíi 0,6m. Trong c¸c ®¸ colector chøa dÇu hoÆc n−íc, kho¶ng ®©m xuyªn ®ã gi¶m ®i
hµng chôc lÇn nªn chiÒu s©u nghiªn cøu cña ph−¬ng ph¸p (n-γ) chØ vµo kho¶ng 0,05m.
e) Ph¹m vi øng dông
Ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma ®−îc sö dông ®Ó ph©n chia l¸t c¾t ®Þa chÊt giÕng
khoan theo hµm l−îng hydro trong c¸c líp ®Êt ®¸. Trong c¸c giÕng khoan dÇu khÝ, cïng
víi GR, ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma ®ãng vai trß nh− ph−¬ng ph¸p phãng x¹ chuÈn.
V× phÐp ®o (n-γ) nh¹y víi hµm l−îng hydro trong pha láng cña ®¸ nªn nÕu ®¸
b∙o hoµ dÇu vµ n−íc th× sè ®o cña ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma dïng ®Ó tÝnh ®é rçng.
Trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi (n−íc vØa cã ®é kho¸ng ho¸ cao), ph−¬ng ph¸p n¬tron
- gamma dïng ®Ó x¸c ®Þnh ranh giíi dÇu-n−íc.
Khi nghiªn cøu c¸c giÕng khoan quÆng, ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma dïng ®Ó
ph¸t hiÖn c¸c quÆng cã chøa Mn, Al, Li, B,
NÕu kÕt hîp víi ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron, ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma
kh«ng chØ dïng ®Ó ph¸t hiÖn quÆng Bor mµ cßn tÝch hîp ®Ó tÝnh ®Þnh l−îng.
149
- Tæ hîp c¸c ph−¬ng ph¸p n¬tron - gamma víi ph−¬ng ph¸p gamma - gamma mËt
®é ®Ó nghiªn cøu c¸c giÕng khoan than rÊt cã hiÖu qu¶.
Trong nghiªn cøu c¸c quÆng r¾n, phÐp ®o phæ gamma chiÕm gi÷ theo ph−¬ng
ph¸p n¬tron - gamma cã thÓ gióp ph¸t hiÖn mét sè quÆng kh¸c nhau.
5.3.5.2. Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron
Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron ®−îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c b¾n ph¸ m«i
tr−êng nghiªn cøu xung quanh giÕng khoan b»ng mét luång c¸c n¬tron nhanh vµ ®o
ghi c¸c n¬tron cã n¨ng l−îng thÊp (En < 1 eV), kÞp ®i tíi detector tr−íc khi cã thÓ bÞ
mét sè nguyªn tè trong m«i tr−êng chiÕm gi÷.
Dùa vµo møc n¨ng l−îng cña c¸c n¬tron khi ch¹m tíi detector ®Ó phÐp ®o ®−îc
thùc hiÖn ng−êi ta chia ph−¬ng ph¸p nµy thµnh hai biÕn thÓ:
- Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron nhiÖt.
- Ph−¬ng ph¸p n¬tron- n¬tron trªn nhiÖt.
a) Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron nhiÖt
Trong biÕn thÓ nµy phÐp ®o ghi c¸c n¬tron ®∙ ë tr¹ng th¸i n¬tron nhiÖt. ë tr¹ng
th¸i n¨ng l−îng nhiÖt, c¸c n¬tron cã ®Æc tÝnh Ýt thay ®æi n¨ng l−îng vµ khuyÕch t¸n lan
to¶ trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ cho ®Õn khi bÞ b¾t gi÷.
S¬ ®å nguyªn t¾c khi tiÕn hµnh ®o n¬tron - n¬tron nhiÖt gÇn gièng nh− s¬ ®å ®o
n¬tron - gamma (H×nh 5.18). Mét kh¸c biÖt c¬ b¶n ë ®©y lµ detector D chØ ®Õm c¸c
n¬tron nhiÖt mµ kh«ng ®Õm c¸c l−îng tö gamma chiÕm gi÷. §Ó cã ®−îc ®iÒu kiÖn ®ã,
ng−êi ta cã hai viÖc cÇn lµm: Mét lµ chän kho¶ng c¸ch tõ nguån ®Õn detector (Ln-n) nhá
h¬n khi ®o n¬tron - gamma (Ln-n < Ln-γ). Hai lµ, trªn thµnh èng ®Õm cã quÐt mét líp
3
parafil tÈm bét bor, bªn trong chøa khÝ Helium (3He). Nguyªn tè ®ång vÞ 1 He cã tiÕt
diÖn b¾t gi÷ n¬tron nhiÖt rÊt lín nh−ng l¹i kh«ng b¾t gi÷ n¬tron ®ang ë møc n¨ng
l−îng cao. Mçi n¬tron nhiÖt lät vµo detector sÏ sinh ra mét h¹t α theo ph¶n øng:
1 He+ 0 n → 1 He(α ) . H¹t α sÏ ion ho¸ chÊt khÝ trong detector vµ lµm cho nã ho¹t ®éng ®Ó
3 1 4
phÐp ®o n¬tron nhiÖt ®−îc thùc hiÖn.
Hydro cã vai trß chÝnh trong qu¸ tr×nh lµm chËm c¸c n¬tron nhanh. Do ®ã, sù
thay ®æi mËt ®é c¸c n¬tron nhiÖt theo kho¶ng c¸ch tõ nguån S ®Õn detector D sÏ thÓ
hiÖn sù thay ®æi hµm l−îng hydro trong m«i tr−êng. ë kho¶ng gÇn nguån, mËt ®é
n¬tron nhiÖt tû lÖ víi hµm l−îng hydro cã trong ®Êt ®¸, cßn ë kho¶ng xa th× ng−îc l¹i,
nghÜa lµ cã mét vïng mµ ë ®ã mËt ®é n¬tron nhiÖt sÏ kh«ng kh¸c nhau gi÷a m«i tr−êng
giµu vµ nghÌo hydro.
Trong thùc tÕ, ng−êi ta chän chiÒu dµi Ln-n ≥ 40cm (r¬i vµo vïng xa) ®Ó ®o
n¬tron - n¬tron nhiÖt. Víi chiÒu dµi Zond ®o nh− vËy, nÕu trong m«i tr−êng kh«ng cã
c¸c nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron lín nh−: B, Li, Cl, th× sè ®o n¬tron - n¬tron
nhiÖt sÏ cã gi¸ trÞ thÊp ë c¸c líp ®¸ cã hµm l−îng hydro cao vµ ng−îc l¹i.
150
- Tuy nhiªn, cÇn ®Ó ý lµ mËt ®é n¬tron nhiÖt trong m«i tr−êng kh«ng chØ phô
thuéc vµo hµm l−îng hydro mµ cßn chÞu ¶nh h−ëng cña ®é kho¸ng ho¸ n−íc vØa, v× c¸c
muèi kho¸ng th−êng chøa Clore lµ nguyªn tè cã tiÕt diÖn b¾t gi÷ n¬tron cao, gÊp tr¨m
lÇn lín h¬n hydro. Nh−ng nãi chung, ë c¸c tr−êng hîp n−íc vØa cã ®é kho¸ng ho¸ thÊp
th× nguyªn tè Clore vµ mét sè nguyªn tè kh¸c l¹i cã vai trß rÊt thø yÕu trong qu¸ tr×nh
lµm chËm c¸c n¬tron nhanh, thµnh thö chóng kh«ng ¶nh h−ëng nhiÒu ®Õn mËt ®é
n¬tron nhiÖt.
Nãi chung, sè ®o n¬tron - n¬tron nhiÖt trong giÕng khoan chÞu ¶nh h−ëng cña
®Êt ®¸ vµ c¶ cña ®−êng k×nh giÕng khoan. V× vËy, khi sö dông sè ®o nµy ph¶i hiÖu
chØnh ®Ó lo¹i trõ ¶nh h−ëng ®−êng kÝnh vµ dung dÞch khoan.
b) Ph−¬ng ph¸p n¬tron - n¬tron trªn nhiÖt
C¸c n¬tron cã n¨ng l−îng trong kho¶ng 0,1
- 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
nguon tai.lieu . vn
