Прилад нейтронного каротажу для визначення вологості та нейтронопоглинальних параметрів геологічних середовищ

Прилад нейтронного каротажу для визначення вологості та нейтронопоглинальних параметрів геологічних середовищ, що складається з блока 3 вологості W v породи майже на 3%. За даними [3], при ваговому вмісті бору, рівному 0,02%, похибка вимірювання вологості W v сягає 12%. Приблизно такий вміст хлору часто зустрічається у приповерхневому шарі ґрунту арідних районів півдня України, а подібний вміст бору можна зустріти в глинистих породах, збагачених ілітовим компонентом. Аномальні поглиначі теплових нейтронів є в ґрунтах тіла дамб хвостосховищ калійних та хлор-натрієвих видобувних підприємств. Отже, при підвищеному вмісті в геологічному середовищі аномальних поглиначів нейтронів, вимірювання приладом ВПГР-1 вносять недопустимо великі неконтрольовані похибки у визначення вологості. Метою створення запропонованої корисної моделі є: 1) визначення об'ємного вологовмісту W v геологічних середовищ незалежно від наявності чи відсутності у них аномальних поглиначів нейтронів; 2) підвищення точності визначення вологості геологічного середовища при наявності в ньому аномальних поглиначів нейтронів; 3) визначення вмісту аномальних поглиначів нейтронів. В основу корисної моделі покладено реєстрацію повільних нейтронів на двох відстанях від джерела, на одному і тому ж досліджуваному горизонті. Перша відстань забезпечується приладом з "нульовою" довжиною зонда (джерело нейтронів розміщується на середині лічильника). Для отримання другої (більшої) відстані у приладі між блоком джерела нейтронів і блоком лічильника розташовують пустотілий дюралюмінієвий циліндрподовжувач, який за допомогою байонетного з'єднання жорстко кріпиться між блоком джерела і блоком лічильника. Діаметр циліндра-подовжувача відповідає діаметру приладу. Вимірювання у свердловині спочатку проводять приладом з "нульовою" довжиною зонда, який реєструє сповільнені геологічним середовищем нейтрони на "нульовій" довжині (менший зонд Zм=0см). Після встановлення циліндраподовжувача його довжина (відстань між джерелом нейтронів і серединою лічильника) збільшується (більший зонд Zб=20÷25см). Довжина більшого зонду вибрана так, щоб статистична складова похибки вимірювань була достатньо малою за прийнятного часу експозиції (наприклад, t≤100с). При використанні приладу з одним зондом його показання є функцією вологості геологічного середовища і вмісту в ньому хімічних елементів аномальних поглиначів нейтронів: I п=f(W v,M), (1) I п - швидкість лічби повільних нейтронів, імп./с; W v - об'ємна вологість геологічного середовища, %; М - вміст хлору (або іншого аномального поглинача), мг/дм3. Тому при визначені об'ємного вологовмісту у засолених геологічних середовищах за вимірюваннями одним зондом ми отримуємо фіктивну вологість W v, на величину якої впливає вміст аномального поглинача нейтронів. 40463 4 Інтерпретація вимірювань приладом з двома зондами різної довжини здійснюється за допомогою відношення швидкості лічби повільних нейтронів меншим зондом до швидкості лічби таких же нейтронів більшим зондом. За цих умов існує функціональна залежність між інтерпретаційним параметром Ап і вологістю W v: б Aп = j(Wv ); Aп = Iм Iп , п (2) Ап - відношення показань меншого зонда до більшого, у.о.; Iм - швидкість лічби на меншому зонді, імп./с; п б Iп - швидкість лічби на більшому зонді, імп./с. Спосіб визначення W v за відношенням показань двох зондів різної довжини характеризується тим, що він практично не залежить від вмісту в геологічному середовищі аномальних поглиначів нейтронів, зокрема хлору. Теоретично і експериментально незалежність відношення (2) від поглинальних властивостей гірської породи обґрунтовано в роботі [4]. Схема запропонованої корисної моделі приведена на Фіг.1, де цифрами позначено: 1 - блок лічильника нейтронів; 2 - лічильник повільних нейтронів; 3 - електронна схема; 4 - блок джерела нейтронів; 5 - джерело швидких нейтронів; 6 - наземний блок реєстрації; 7 - циліндр-подовжувач. На Фіг.2 приведено градуювальну залежність інтерпретаційного параметру Ап від вологості середовища W v для макетного зразка корисної моделі. Ця залежність в реальному інтервалі зміни вологості геологічного середовища є лінійною. На Фіг.3 показано зв'язок між об'ємною вологіA I стю геологічного середовища æ Wv і Wv ö , визначеç ÷ è ø ною за нейтронними методами (І п і Ап), і лаборатолаб рним термостато-ваговим способом æ Wv ö . ç ÷ è ø Вимірювання проводились у засоленому (сіль NaCl) природному геологічному середовищі. З Фіг.3 видно, що вологість, визначена за Ап, практично збігається з її визначеннями стандартним способом, тоді як вологість, визначена за І п, зміщена у бік її зменшення. Це зміщення викликано наявністю у геологічному середовищі аномального поглинача нейтронів. Вологість геологічного середовища визначають за допомогою відношення показань на двох відстанях від джерела (на двох зондах), а для визначення нейтронопоглинальних параметрів додатково використовують будь-який із індивідуальних зондів. Визначивши реальну вологість середовища за Ап та фіктивну вологість за І п, одержуємо величину зміщення ∆W v, яка залежить від вмісту в геологічному середовищі аномального поглинача нейтронів. Маючи апріорні данні про аномальний поглинач, який викликав це зміщення (про його макроскопічний переріз поглинання теплових нейтронів, S a), можна перейти до визначення вмісту, в іншому геологічному середовищі, будь якого ано 5 мального поглинача (наприклад В, Mn, Fe та ін.). Технічним результатом корисної моделі є: 1) визначення об'ємного вологовмісту W v геологічних середовищ незалежно від наявності чи відсутності аномальних поглиначів нейтронів; 2) підвищення точності вимірювання W v геологічного середовища; 3) визначення вмісту в геологічних середовищах аномальних поглиначів нейтронів; 4) оперативне визначення шуканих параметрів досліджуваного середовища безпосередньо в умовах залягання (in situ). Джерела інформації 1. Ферронский В.И., Данилин А.Н., Дубинчук В.Т., Гончаров B.C., Селецкий Ю.Б. Радиоизотопные методы исследования в инженерной геологии 40463 6 и гидрогеологии. -2-е изд., пере-раб. и доп. -М.: Атомиздат, 1977. -304с. 2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Влагомер поверхностно-глубинный радиоизотопный ВПГР-1. /Изд. «Полтава», 1982. 43с. 3. Зволъский СТ., Кулик В.В., Месропян B.C. и др. Показания приборов с 3Не-детекторами нейтронов при исследовании природных сред. //Геофиз. журн. -1999. -Т.21, №5. -С.29-40. 4. Пат. 64413. Україна, ІГФ НАНУ. Спосіб багатозондового нейтронного каротажу для визначення пористості і характеру насичення порідколекторів та пристрій для його здійснення. /Кулик В.В., Звольський С.Т. Опубл. 2005, Бюл. №12. 7 Комп’ютерна верстка C.Литвиненко 40463 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601