|
Нейтронный активационный анализ
(метод наведенной активности)
Метод наведенной активности (МНА) основан на изучении искусственной радиоактивности, возникающей при облучении горных пород нейтронами. По периоду полураспада Т1/2 искусственно радиоактивных ядер и энергии их гамма-излучения определяют возникший радиоактивный изотоп, а следовательно, и исходный изотоп горной породы, из которого он образовался. По интенсивности гамма-излучения радиоактивных ядер находят концентрацию соответствующих исходных элементов в горной породе.
Активация ядер может осуществляться как быстрыми, так и особенно медленными нейтронами. В первом случае активация происходит обычно в результате реакций (n, p) и (n, α), во втором (n, γ). В разрезе нефтяных и газовых месторождений наиболее типичны реакции: 27Аl (n, γ) 28Al (T1/2 = 2,3 мин); 23Na (n, γ) 24Na (T1/2 = 15 ч); 16О (n, γ) 16N (T1/2 = 7,4 с); 28Si (n, p) 28Аl. В обсаженных скважинах существенны также реакции в материале колонны 56Fe (n, p) 56Mn (T1/2 = 2,5 ч) и 56Мn (n, γ) 56Mn.
В методе наведенной активности используют установку содержащую источник нейтронов и детектор гамма-излучения, удаленный от источника на большое расстояние (1,5—2 м), достаточное для того, чтобы интенсивностью гамма-излучения радиационного захвата у детектора (эффектом НГМ) можно было пренебречь.
В зависимости от периода полураспада изотопа, определяемого при МНА, исследования проводят при непрерывном движении прибора по скважине (для изотопов с периодом полураспада, исчисляемым секундами и первыми минутами) или на точках (при значении Т1/2 в несколько минут и более). В первом случае источник находится впереди и «наводит» искусственную радиоактивность, а индикатор движется за источником и регистрирует наведенную радиоактивность. Скорость движения прибора поддерживается строго постоянной. Точку записи относят к середине детектора. Такой способ применим лишь при наведении в породе преимущественно одного изотопа с небольшим значением T1/2, например 28Аl.
При образовании в породе нескольких изотопов в сравнимых количествах, а также в случае одного изотопа с периодом полураспада порядка нескольких минут и более проводят исследования при неподвижном приборе — по точкам. Скважинный прибор опускают на такую глубину, чтобы источник расположился против точки, намеченной к исследованию. После некоторого времени, достаточного для активации интересующих нас изотопов, прибор быстро перемещают на расстояние, равное интервалу между источником и индикатором, и последний устанавливают точно против облученной точки. Далее измеряют интенсивность гамма-излучения при нескольких значениях времени задержки после конца облучения либо непрерывно регистрируют изменение во времени наведенной активности с помощью регистратора. Измерения продолжают в течение времени, равного примерно периоду полураспада наиболее долго живущего из определяемых изотопов. Примерно таким же берут обычно и время облучения:
При исследовании на точках данные об интенсивности наведенной активности (после вычитания естественной гамма-активности) обычно подвергают дальнейшей обработке с целью определения периода полураспада и активности всех изотопов, активирующихся в заметной степени. Для этого часто используют графический способ. Строят кривую спада активности, представляющую зависимость наведенной активности (в логарифмическом масштабе) от времени (в арифметическом масштабе) (рис. 45).
Рис. 45. Изменение во времени активности изотопов 25Na (1), 56Мn (2) и их суммарной активности (3)
|
При наличии в породе одного активного изотопа такая кривая представляет прямую с наклоном, равным постоянной распада этого изотопа (кривые 1 и 2 на. рис. 45). Но и при активации нескольких изотопов (если проводить измерения в течение достаточно большого времени) к концу измерений обычно остается лишь один, наиболее долго живущий из активированных изотопов. Соответственно правая часть кривой спада активности будет иметь вид прямой линии с угловым коэффициентом, равным постоянной распада для этого изотопа. Продолжая эту прямую влево до пересечения с осью ординат, получают кривую спада активности наиболее долго живущего изотопа для любого момента времени (см. рис. 45).
Вычитая активность этого изотопа в разные моменты времени из суммарной активности, получают кривую спада активности остальных активных изотопов. Проводя, как и прежде, асимптоту к правой части этой кривой, будем иметь кривую спада активности следующего изотопа, а по наклону кривой — его период полураспада. Поступая и далее подобным образом, всю кривую расчленяют на прямолинейные (в полулогарифмической системе координат) кривые спада отдельных изотопов, сумма активности которых и измеряется при МНА. В качестве величины, характеризующей активность изотопов, берут их активность к концу облучения, т. е. ординату пересечения с осью ординат соответствующих прямых для отдельных изотопов. Эту величину далее делят на мощность источника и пересчитывают на бесконечное время облучения. Переход от значений начальных активностей изотопов к концентрации элементов горной породы осуществляют на основании переходных коэффициентов, полученных по данным исследований моделей пластов с известной концентрацией элементов и с конструкцией скважины, совпадающей с конструкцией исследуемых скважин. Результаты исследований зависят (кроме конструкции скважины) от содержания в породе водорода и среднего времени жизни нейтронов. Поправку за их влияние вводят по результатам измерений другими нейтронными методами.
В настоящее время МНА применяют в основном для выделения в разрезе скважины руд и оценки концентрации таких элементов, как алюминий, медь, марганец, фтор (флюорит).
При применении источников высокоэнергетических нейтронов (генераторов нейтронов) удается получить достаточно интенсивную активацию кислорода по реакции 16О (n, p) l6N (Т1/2 = 7,4 с). По изменению активности этого изотопа по стволу скважины можно выделить в разрезе скважины полезные ископаемые, бедные кислородом (каменный уголь, самородную серу, иногда нефтеносные пласты), а также изучить содержание углеводородов в жидкости, заполняющей скважину, что важно при контроле за разработкой нефтяных месторождений (см. гл. X).
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|