CAROTAJUL RADIOACTIV

273

9.4.3. Carotajul neutronic

Carotajul neutronic include o serie de metode de investigare: carotajul neutron –gama, carotajul neutron – neutron cu neutroni termici sau cu neutroni epitermici, carotajul neutronic compensat, carotajul neutronic în impulsuri. În cadrul acestor metode se urmăresc rezultatele interacŃiunii dintre neutronii emişi de sursă si formaŃiunile geologice traversate de sondă.

Principiul carotajului neutronic

În principiu pentru efectuarea carotajul neutronic se utilizează un

dispozitiv de investigare format dintr-o sursă de neutroni, un sistem de detecŃie a radiaŃiei gama γnI , a neutronilor termici TN sau a neutronilor

epitermici eTN . Totodată, dispozitivul este prevăzut cu un bloc electronic care preia semnalul de la sistemul de detecŃie pe care îl amplifică şi îl transmite la suprafaŃă prin cablul geofizic (Fig.9.12).

Neutronii sunt particule componente ale nucleului unui atom, neutrii din punct de vedere electric. InteracŃiunea neutronilor cu nucleele reprezintă cea mai largă şi mai răspândita clasa de interacŃii nucleare.

Neutronii cu energie mare, emişi de sursă (neutron rapizi), interacŃionează cu materia cedând din energia sa în procesele de interacŃiune ajungând la energii când are loc procesul de difuzie şi/sau reacŃii de captură. În urma fenomenului de împrăştiere neutronii pierd din energia lor şi ajung la energii corespunzătoare neutronilor epitermici sau termici. Se observă că pierderea de energie este cu atât mai mare, cu cât masa particulei Ńintă este mai apropiată de masa particulei incidente. Neutronul pierde cea mai mare parte a energiei la interacŃiunea cu hidrogenul. Dacă se consideră ca tot conŃinutul în hidrogen al rocilor poros-permeabile sub forma de lichide şi dacă aceste lichide ocupa complet volumul total al porilor, conŃinutul in hidrogen este un indicator al porozităŃii.

CAROTAJUL RADIOACTIV

274

Detector îndepărtat

Detector apropiat

Sursa

FormaŃiune

Alt dispozitiv

+

+

+

Gaura de sondă

Fig.9.12. Reprezentarea schematica a dispozitivului de investigare pentru

carotajul neutronic (compensat)

Densitatea neutronilor încetiniŃi, rezultaŃi în procesul de interacŃiune a neutronilor rapizi emişi de sursă, depinde de următorii parametri:

1.Indicele de hidrogen H

I

Indicele de hidrogen este definit ca fracŃie din volumul de apa dulce care conŃine aceeaşi cantitate de hidrogen. Intr-o roca cu porozitatea m şi saturaŃia as , conŃinând numai apa dulce şi tot hidrogenul fiind conŃinut de această apă, indicele de hidrogen va fi egal cu:

aH smI ⋅= (9.51)

Dacă, de exemplu, roca este saturată cu apă mineralizată, clorul înlocuieşte o anumită cantitate de apă şi indicele de hidrogen va fi mai mic decât produsul asm ⋅ . Argilele şi marnele conŃin apă de legătură la reŃeaua cristalină (apa strâns legată sau apă fixă şi apa slab legată sau apă mobilă). Din aceasta cauză indicele de hidrogen HI este mai mare decât produsul

asm ⋅ .

2.DistanŃa de încetinire sL Distanta de încetinire este definita de relaŃia:

36

2py

s

m

s

nrL

αλ

⋅⋅== (9.52)

CAROTAJUL RADIOACTIV

275

în care : mr2 este pătratul distanŃei medii de la sursă până la punctul în care

neutronul devine termic; s⋅λ - lungimea medie a parcursului liber al neutronului de la o ciocnire la alta; pα - o constantă care evaluează

anizotropia din punct de vedere al repartizării unghiulare a neutronilor la dispersare; yn - numărul ciocnirilor necesare pentru încetinirea neutronilor

până la energiile termice.

3.DistanŃa de difuzie DL Acest parametru este dat de relaŃia :

3SC

DLλλ ⋅

= (9.53)

unde :C

λ este lungimea medie a parcursului neutronului termic până la

capturare.

4.Viata medie a neutronului ς , definit de relaŃia:

v

C'

λς = (9.54)

în care v este viteza neutronilor termici in medie egala cu 2200 m/s la Ct

025= .

5.Coeficientul de difuzie D este dat de relaŃia:

ς

DLD

2

= (9.55)

Parametrii DCSs LL ,,, λλ ,ς si D depind de compoziŃia chimică

şi mineralogică a rocii, pentru ca diferite elemente au secŃiuni diferite de captură şi dispersie a neutronilor încetiniŃi. Valorile numerice ale acestor parametrii sunt redate în literatura de specialitate .

Daca sursa de neutroni este înconjurată de un mediu bogat in hidrogen, ceea ce are loc aproape totdeauna la carotajul radioactiv, încetinirea vitezei neutronilor până la vitezele termice se produce pe o distanŃă relativ mică (până la 30 cm de sursă). Pe măsura îndepărtării de

CAROTAJUL RADIOACTIV

276

sursă, fluxul format din neutronii termici se reduce datorită capturării şi dispersiei neutronilor de către nucleele elementelor care compun mediul în care pătrund neutronii.

Din cele prezentate mai sus rezultă că intensitatea radiaŃiei gama, densitatea neutronilor termici sau densitatea neutronilor epitermici sunt dependente pe de-o parte de conŃinutul în hidrogen al formaŃiunilor geologice iar pe de altă parte de distanŃa pe care o parcurg neutronii de la sursă la detector(Fig.9.13).

Dis

tanŃ

a su

rsă -

det

ecto

r

Sursă de neutroni

n

nFluid de foraj

Detector

Fig.9.13. Reprezentarea schematică a parcursului neutronilor de la sursă la detector.

În figura 9.14 este redat efectul combinat al conŃinutului în hidrogen

şi distanŃa sursă-detector asupra densităŃii neutronilor termici . Studiind influenŃa distanŃei dintre sursă de neutroni şi detector se

pune în evidentă variaŃia diferită a densităŃii neutronilor termici pentru roci cu conŃinut ridicat, respectiv redus de hidrogen. Acesta, se explica prin faptul ca procesul de termalizare (încetinirea neutronilor prin fenomenul de împrăştiere) este mai rapid la rocile cu conŃinut mare de hidrogen şi mai lent la rocile cu conŃinut mic de hidrogen .

Densitatea neutronilor termici atinge un maxim la finele procesului de împrăştiere si o descreştere odată cu începerea procesului de captura .

CAROTAJUL RADIOACTIV

277

N(e)T

N

N1

2

LL L>L L La c dc

Împrăş

tiere

Împ răş

tier

e Captură

Captură

1

2

Fig.9.14. Efectul combinat al conŃinutului în hidrogen şi distanŃa sursă – detector

asupra valorilor γNI , ΓN , N(e)T unde Lc reprezintă lunşimea critică, iar distanŃa dintre

sursă-detector pentru dispozitivul neutron – gama este de 60 cm şi pentru dispozitivul

neutron – neutron este de 40 cm, curba 1 este pentru un mediu „bogat” în hidrogen

cu porozitate mare, 2 este curba caracteristică unui mediu „sărac” în hidrogen dar

cu o porozitate mare,

La distanŃe mici între sursă şi detector aL densitatea neutronilor termici, respectiv intensitatea radiaŃiei gama de captură este mai mare pentru rocile cu conŃinut bogat în hidrogen, deci pentru rocile cu porozitate mare şi mai mică pentru rocile cu conŃinut sărac în hidrogen, deci pentru roci cu porozitate mică.

La distanŃe mari între sursă şi detector dL situaŃia se prezintă invers, adică valori reduse pentru rocile cu conŃinut bogat în hidrogen şi valori mari rocile cu conŃinut mic în hidrogen ale densităŃii neutronilor termici. Există o anumită distanŃă între sursă şi detector pentru care nu se poate face o diferenŃiere a rocilor după conŃinutul lor în hidrogen. Aceasta distanŃă se numeşte lungime critică cL . Lungimea critică depinde nu numai de distanŃa sursă – detector, dar şi de proprietăŃile de interacŃiune a neutronilor cu elementele din mediu, precum şi de diametrul sondei. De aceea se consideră un domeniu al lungimilor critice cuprins între 20 – 30 cm. În practică, se utilizează dispozitive cu lungime mai mare decât distanŃa critică, acestea permiŃând evidenŃierea stratelor sărace în hidrogen prin

CAROTAJUL RADIOACTIV

278

valori mari ale densităŃii de neutroni şi intensităŃii radiaŃiei gama de captură şi valori mici ale acestora pentru strate bogate în hidrogen. Prin lungimea dispozitivului de investigare se înŃelege distanŃa dintre sursă şi detector.

În funcŃie de parametrul înregistrat, intensitatea radiaŃiei gama de captură, densitatea neutronilor, se deosebesc următoarele variante ale carotajului neutronic: - carotajul neutron – gama; - carotajul neutron – neutron.

9.4.4.1. Carotajul neutron – gama

Principiul carotajului neutron – gama constă în bombardarea formaŃiunilor traversate de sondă cu neutroni şi înregistrarea intensităŃii radiaŃiei gama de captură. Probabilitatea de captură este condiŃionată de secŃiunea efectivă transversală de captură pentru neutroni termici a atomilor elementelor conŃinute în mediu. Prin captura neutronilor rezultă un element intermediar în stare excitată, surplusul de energie al acestui atom fiind eliberat sub formă de radiaŃii gama.

O reacŃie tipică de captură ( )γ,n a neutronilor termici este reacŃia cu hidrogenul:

γ+→+ 11

10

11 HH n (9.56)

când se produce o cuantă gama de energie caracteristică de 2,3 MeV. O importantă captură a neutronilor se observă în rocile care conŃin

clorură de sodiu (strate acvifere puternic mineralizate) şi în special la traversarea masivelor de sare pe structurile diapire.

Aceasta se explică prin secŃiunea mare de captură a atomului de clor pentru neutronii termici (33bn) la care se adaugă secŃiunea de captură a sodiului (0,5 bn).

Măsurarea intensităŃii radiaŃiei gama de captură în funcŃie de adâncime se realizează cu ajutorul unui dispozitiv de investigare care conŃine o sursă de neutroni şi un detector de radiaŃii gama. Pentru ca radiaŃia gama provenită prin procesul de dezintegrare al elementului radioactiv, care compune sursa, să nu fie înregistrată direct de detector, acestea sunt izolate printr-un ecran de plumb.

Semnalul datorat radiaŃiei gama de captură ajuns la detector este amplificat de blocul electronic şi transmis la suprafaŃă unde este preluat şi cu ajutorul unei camere de înregistrare este redat sub forma unei curbe.

CAROTAJUL RADIOACTIV

279

Punctul la care se raportează valoarea măsurată este plasat la jumătatea distanŃei sursă - detector. Prin lungimea dispozitivului se înŃelege distanŃa sursă - detector şi este egală cu 60 cm.

Raza de investigaŃie a carotajului γ−n depinde de caracteristicile sursei de neutroni, de porozitatea rocii, de conŃinutul în hidrogen şi de secŃiunea de captură pentru neutronii termici ai elementelor din mediu. Ea variază de la câŃiva centimetri până la câŃiva zeci de centimetri.

Forma de prezentare a carotajului neutron – gama

Curba de variaŃie a intensităŃii radiaŃiei gama de captură se

înregistrează pe trasa din dreapta a diagramei, fig 9.15. Această intensitate este exprimată în imp/min. Pe trasa din stânga a diagramei se înregistrează de regulă curba gama naturală. Măsurătorile γ−n sunt influenŃate de radiaŃia gama naturală. Pentru reducerea influenŃei acesteia se utilizează surse de neutroni de putere mare, astfel ca intensitatea radiaŃie gama de captură să depăşească de 20 – 30 ori radiaŃia gama naturală.

Scara adâncimilor de înregistrare a carotajului neutron – gama este de regulă 1000:1 .

AplicaŃiile carotajului neutron – gama

Cu ajutorul carotajului neutron – gama se pot rezolva probleme

referitoare la : - porozitatea formaŃiunilor traversate de sondă; - stabilirea litologiei în combinaŃie cu alte metode; - în condiŃii favorabile (la mineralizaŃii mari ale apelor de zăcământ) metoda oferă posibilitatea stabilirii limitei gaze – apă şi/sau ŃiŃei- apă.

Se utilizează în cercetarea sondelor săpate pentru punerea în evidenŃă a substanŃelor minerale solide Mn, Al, Li, B precum şi a stratelor de cărbuni.

CAROTAJUL RADIOACTIV

280

Fig.9.15. Forma de prezentare a carotajului neutron – gama.

9.4.4.2. Carotajul neutron – neutron

În carotajul neutron – neutron formaŃiunile traversate de sondă sunt iradiate cu neutroni rapizi şi se inregistrează densitatea neutronilor cu un anumit nivel de energie, care ajung la detector. În funcŃie de energia neutronilor se disting două variante ale carotajului neutron – neutron şi anume:

• Carotajul neutron – neutron cu neutroni termici; • Carotajul neutron – neutron cu neutroni epitermici.

CAROTAJUL RADIOACTIV

281

În prima variantă se inregistrează densitatea neutronilor ajunşi la energie mică, iar în varianta a doua se inregistrează densitatea neutronilor ajunşi la energia epitemică.

Densitatea neutronilor termici, în afară de conŃinutul în hidrogen al formaŃiunilor, este influenŃată de prezenŃa elementelor cu secŃiune mare captură pentru neutronii termici. De exemplu, în apele de zăcământ prezenŃa clorului care este un absorbant puternic de neutroni termici, are ca urmare reducerea densităŃii neutronilor termici.

FaŃă de carotajul neutron – gama şi neutron – neutron cu neutroni termici, elementele cu secŃiune mare de captură au o influenŃă foarte mică în valoarea măsurată a densităŃii neutronilor epitermici. Practic, răspunsul metodei nu este influenŃat de existenŃa clorului în mediu, datorită faptului că secŃiunea de captură a clorului pentru neutronii cu energie supratermică diferă puŃin de secŃiunea de captură a altor elemente, de aceea această metodă se aplică în prezent, practic, în exclusivitate.

Densitatea neutronilor epitermici este dependentă de conŃinutul în hidrogen al formaŃiunii, oferind posibilitatea determinării porozităŃii rocilor cu un grad bun de încredere.

Măsura densităŃii neutronilor termici sau epitermici în funcŃie de adâncime se realizează prin introducerea în sondă a unui dispozitiv de investigare care conŃine o sursă de neutroni rapizi , un sistem de detecŃie de neutroni epitermici şi un bloc electronic (fig.9.12).

Pentru detectarea neutronilor se folosesc contori cu scintilaŃie sau contori proporŃionali. ConstrucŃia detectorilor pentru neutroni epitermici este realizată în aşa fel încât aceştia nu sunt sensibili la neutroni termici şi radiaŃii gama.

Pentru a elimina influenŃa directă a neutronilor şi radiaŃiei gama produsă de sursă asupra detectorului se plasează un ecran de plumb şi parafină cu conŃinut de bor.

Semnalul de la detector este amplificat de blocul electronic şi transmis la suprafaŃă unde este preluat şi înregistrat sub forma unei curbe continue în funcŃie de adâncime. Lungimea dispozitivelor utilizate sunt mai mari decât lungimea critică.

Valoarea măsurată în carotajul neutronic epitermal se raportează la jumătatea distanŃei sursă – detector. DistanŃa sursă detector fiind egală cu lungimea dispozitivului.

CAROTAJUL RADIOACTIV

282

Ca şi în cazul celorlalte două metode, raza de investigaŃie variază în funcŃie de proprietăŃile de încetinire ale mediului, de proprietăŃile sursei şi de diametrul sondei ajungând la câŃiva zeci de centimetri.

Valorile măsurate în cadrul acestei metode cu ajutorul unor dispozitive simple formate dintr-o sursă şi un detector, sunt puternic afectate de caracteristicile mediului apropiat, respectiv noroiul de foraj, turta de colmataj ca şi de variaŃiile diametrului sondei.

Pentru eliminarea acestor efecte s-au introdus în practica geofizică de sondă dispozitive compensate, respectiv: - dispozitivul cu patină (de tip Sidewall- neutron porosity -SNP) în care sursa de neutroni şi detectorul de neutroni epitermici sunt montaŃi pe o patină aplicată pe peretele sondei, asigurând micşorarea sensibilă a efectului găurii de sondă; - dispozitivul dual compensat (de tip „Compensated neutron log” - CNL), care are o sursă de neutroni de eficienŃă sporită şi un sistem de detecŃie cu două detectoare de neutroni termici plasate la distanŃe diferite de sursă. Prin măsurarea raportului densităŃilor neutronilor epitermici determinate de cele două detectoare. Se obŃine reducerea considerabilă a efectului parametrilor sondei.

Calibrarea aparaturii

Aparatura de carotaj neutronic este calibrată într-un stand prevăzut

cu o serie de sonde realizate în blocuri de calcar cu porozitate şi saturaŃie cunoscută.

Porozitatea acestor blocuri variază de la zero (calcare compacte) până la 26% .

Stratele de calcar poros – permeabile sunt saturate cu apă dulce. Se stabileşte astfel dependenŃa dintre răspunsul dispozitivului neutroni şi porozitatea mediului investigat.

Forma de prezentare a diagrafiei neutronice

În carotajul neutroni epitermal curba de variaŃie a densităŃii

neutronilor epitermici cu adâncimea este înscrisă pe trasa din dreapta diagramei. De regulă, concomitent cu această curbă se inregistrează şi curba gama naturală care se înscrie pe trasa din stânga diagramei. Valoarea

CAROTAJUL RADIOACTIV

283

densităŃii neutronilor este exprimată în unităŃi A.P.I. un carotaj radioactiv este prezentat în fig 9.16.

Fig.9.16. Forma de prezentare a carotajului neutronic

CAROTAJUL RADIOACTIV

284

AplicaŃiile carotajului neutron-neutron

Carotajul neutron-neutron permite punerea în evidenŃă a următoarelor date:

A. Determinarea porozităŃii rocilor

a) FormaŃiuni "curate" saturate cu apă. Intr-o primă aproximaŃie, într-un domeniu de porozităŃi cuprinse între circa 5-30 %, intensitatea radiaŃiilor gama de captură, Inγ şi respectiv densitatea neutronilor termici (sau epitermici) NT(eT) sunt funcŃii liniare de logaritmul porozităŃii:

BmAN

I

eTT

n+−=

log)(

γ (9.57)

unde A şi B reprezintă două constante care depind de tipul şi dimensiunile detectoarelor, de geometria dispozitivului de investigare şi a sondei, de caracteristicile noroiului de foraj, de caracterul saturaŃiei formaŃiunii etc.

Determinarea răspunsului în sonde etalon conŃinând blocuri de calcar cu diferite porozităŃi şi cu diferite diametre ale găurii de sondă, permite obŃinerea unor grafice de dependenŃă de tipul:

- porozitate în funcŃie de intensitatea radiaŃiilor gama de captură; - porozitate în funcŃie de densitatea neutronilor epi(termici). Aceste grafice, utilizate ca abace de interpretare, asigură

determinarea porozităŃii, în funcŃie de valorile intensităŃii radiaŃiei gama de captură In - exprimată în unităŃi "convenŃionale" - din diagrafia neutron-gama, sau de valorile densităŃii neutronilor (epi)termici - exprimată în unităŃi neutronice A.P.I. - din diagrafia neutron-neutron.

Valoarea porozităŃii, obŃinută astfel, reprezintă porozitatea aparentă pentru calcare.

In cazul unor litologii diferite - formaŃiuni silicioase sau dolomitice se efectuează o corecŃie cu litoiogia (pentru aparatura de carotaj neutron-neutron epitermal).

b) FormaŃiuni "curate" cu hidrocarburi. S-a văzut că răspunsul dispozitivului de investigare în carotajul neutronic depinde de numărul de atomi de hidrogen ai formaŃiunii. PrezenŃa unor hidrocarburi reziduale uşoare în subzona spălată are ca efect reducerea numărului de atomi de hidrogen pe unitatea de volum de rocă, în special în cazul hidrocarburilor gazoase. Aceasta duce la creşterea parcursului mediu al neutronilor liberi, respectiv la micşorarea numărului de ciocniri şi la scăderea randamentului

CAROTAJUL RADIOACTIV

285

împrăştierii, astfel încît densitatea de neutroni termici şi intensitatea radiaŃiilor gama de captură va corespunde - aparent unui mediu mai sărac în hidrogen, respectiv unui mediu cu porozitate aparentă mai redusă decât cea reală. La acest efect se mai adaugă şi efectul de "excavare", dat de prezenŃa particulelor gazoase în spaŃiul poros din matricea rocii, astfel încât proprietăŃile de încetinire ale formaŃiunii pentru neutroni sunt diferite.

Porozitatea din carotajul neutronic în formaŃiuni colectoare cu hidrocarburi uşoare poate fi estimat cu formula:

−⋅

+⋅−−⋅⋅−⋅=

)1(

17,067,1)1(1

fnfn

hfnfnrhN

P

PsEmm

δ

δδ(9.58)

unde: δ fn este densitatea filtratului de noroi; δ h < 0,7 - densitatea hidrocarburilor uşoare; E = 1,0 pentru hidrocarburi lichide şi E = 1,3 pentru gaze reprezentând un coeficient empiric al efectului de "excavaŃie"; Pfn - salinitatea filtratului de noroi [10-6 p.p.m]; srh - saturaŃia reziduală în hidrocarburi; m - porozitatea colectorului.

Porozitatea neutronică corectată pentru efectul hidrocarburilor reziduale conform relaŃiei (9.57.) va avea forma:

NNNC mmm ∆+= (9.59)

unde ∆ mN reprezintă factorul de corecŃie, având forma:

)1(

17,067,1)1(

fnfn

hfnfnrhN

P

PsEmm

−⋅

+⋅−−⋅⋅⋅⋅=∆

δ

δδ (9.60)

c) FormaŃiuni "argiloase". In cazul formaŃiunilor cu conŃinut de

argilă, porozitatea aparentă determinată din carotajul neutronic este afectată şi de prezenŃa apei de legătură din compoziŃia mineralului argilos, astfel că valorile obŃinute sunt mai mari decât cele reale.

Făcând abstracŃie de efectul litologiei şi al hidrocarburilor, se poate scrie porozitatea aparentă din carotajul neutronic astfel:

argarg NN mVmm ⋅+= (9.61)

CAROTAJUL RADIOACTIV

286

unde Varg este volumul unitar de argilă în colector, iar mNarg - indicele de porozitate neutronică al argilei, respectiv răspunsul mN în dreptul unei formaŃiuni argiloase, având Varg = 1,0 (100%).

Valoarea indicelului mNarg depinde de tipul mineralului argilos preponderent, de gradul de compactare şi de tipul aparaturii de sondă utilizate, fiind în general cuprinsă între 0,2 ÷0,5 (respectiv 20 %÷50%).

Astfel porozitatea corectată faŃă de efectul argilei, respectiv porozitatea utilă din carotajul neutronic devine:

( ) argarg NNNu mVmm ⋅−= (9.62)

B. Stabilirea limitei apă-petrol, petrol-gaze şi apă-gaze Carotajele neutron-gama şi neutron-neutron cu neutroni termici oferă

posibilitatea plasării limitelor G/P, P/A şi G/A în condiŃiile unor ape de zăcămînt cu un conŃinut ridicat în cloruri. Pe curba radiaŃiei gama de captură se înregistrează valori mari ale amplitudinii acestei curbe în dreptul stratului cu gaze faŃă de stratul petrolifer. Aceasta se explică prin conŃinutul mai mic în hidrogen al formaŃiunilor cu gaze faŃă de formaŃiunile cu petrol. Totodată se poate observa o creştere a intensităŃii radiaŃiei gama în dreptul stratului cu apă. Creşterea radiaŃiei gama de captură are la bază prezenŃa clorului cu secŃiune mare de captură pentru neutronii termici care determină valori ridicate pe curbă (fig.9.17).

Fig.9.17. Plasarea limitelor G/P, P/A, G/A după datele carotajului neutronic

CAROTAJUL RADIOACTIV

287

Carotajul neutron-neutron cu neutroni termici, poate pune în evidenŃă, în condiŃii favorabile, limitele G/P, P/A sau G/A. Limita G/P sau G/A se pune în evidenŃă prin trecerea de la valori mari ale densităŃii neutronilor termici în dreptul stratului cu gaze (cu un conŃinut mai redus în hidrogen) la valori mai mici în dreptul stratului cu petrol sau apă (cu un conŃinut mai bogat în hidrogen). Este de remarcat că în dreptul stratului cu apa densitatea neutronilor termici este mai mică datorită clorului şi permite astfel plasarea limitei P/A (fig.9.17).

Carotajul neutron-neutron cu neutroni epitermici şi carotajul neutronic compensat evidenŃiază zonele gazeifere, dar nu diferenŃiază zonele petrolifere de cele acvifere, aceasta se explică în acelaşi mod ca şi pentru celelalte două metode (fig.9.17).

C. Identificarea litologică în combinaŃie cu alte carotaje.

9.4.5. Carotajul neutronic compensat "CNL" Răspunsul carotajelor neutronice prezentate mai sus este influenŃat de mediul apropiat (diametrul sondei, tipul fluidului din sondă, efectul turtei de noroi – pentru sondele netubate, cimentarea neuniformă – pentru sondele tubate) precum şi de poziŃia dispozitivului de investigaŃie în sondă. ToŃi aceşti factori fac ca fluxul de neutroni termici rezultaŃi, ca urmare a interacŃiunii dintre neutronii rapizi şi formaŃiune să fie puternic afectat de mediul sondei. Pentru a reduce influenŃa acestor factori asupra răspunsului carotajului neutronic a fost introdus carotajul neutronic cu două detectuare situate la distanŃe diferite, numit carotaj neutronic compensat. Principiul carotajului neutronic compensat Se consideră o sursă punctuală de neutroni rapizi situată într-un mediu infinit omogen şi izotrop. Datorită fenomenului de împrăştiere (ciocniri inelastice şi ciocniri elastice) neutronii pierd din energia lor şi trec de la stadiul de neutroni rapizi la stadiul de neutroni termici, până sunt în echilibru termic cu atomii mediului. La această energie neutronii difuzează şi au loc reacŃii de captură.

CAROTAJUL RADIOACTIV

288

Modelul teoretic folosit în carotajul neutronic compensat se bazează pe teoria difuziei de grup. EcuaŃiile de difuzie pentru cele două grupe de neutroni, supratermici şi termici sunt:

01112

1 =+Φ⋅−Φ⋅∇⋅ ∑ SD (9.63)

0112222

2 =Φ⋅+Φ⋅−Φ⋅∇⋅ ∑∑D (9.64)

Indicele 1 este folosit pentru neutroni supratermici şi 2 se referă la neutroni termici.

In ecuaŃiile (9.63) şi (9.64) notaŃiile sunt: Φ este fluxul de neutroni; S - puterea sursei de neutroni pe unitatea de volum; D - coeficientul de difuzie; ∑ - secŃiunea transversală nucleară.

SoluŃiile ecuaŃiilor (9.63) şi (9.64) pentru cazul unor surse punctuale într-un mediu infinit omogen sunt:

( )r

e

D

Qr

Lr

1

11 4

−

⋅⋅⋅

=Φπ

(9.65)

( ) ( )

−⋅−⋅⋅⋅

⋅=Φ

−−

r

e

r

e

LLD

LQr

Lr

Lr

21

22

212

22

24 π

(9.66)

unde: Q este puterea sursei punctuale de neutroni (neutroni/secundă); L1 - lungimea de încetinire, care este determinată în principal de concentraŃia în hidrogen a mediului; L2 - lungimea de difuzie a neutronilor termici; r - distanŃa.

Lungimile de încetinire sunt date de ecuaŃiile:

∑=

1

11

DL (9.67)

CAROTAJUL RADIOACTIV

289

∑=

2

22

DL (9.68)

Parametrii neutronilor supratermici şi termici pentru o gresie silicioasă saturată cu apă sărată cu salinitatea de 100 000 p.p.m NaCl sunt redaŃi în tabelul 9.4.

Tabel 9.4

Porozitatea (%) L1 (cm) L2 (cm)

5 19,1 11,5 15 12,0 7,3 30 9,6 4,6

La distanŃe mai mari sursă-detector (d > 70 m) în ecuaŃia (9.66)

termenul r

eL

r2

devine neglijabil, aşa că ecuaŃia se poate scrie sub forma:

( ) ( )

⋅−⋅⋅⋅

⋅=Φ

−

r

e

LLD

LQr

Lr

1

22

212

22

24 π

(9.69)

RelaŃia (9.69) conŃine două părŃi, prima parte cuprinde parametrii corespunzători neutronilor termici L2, D2 şi supratermici L1, iar cea de a

doua parte r

eL

r1

este dependentă de lungimea de încetinire a neutronilor

supratermici. Este evident că prima parte poate fi eliminată dacă se face raportul a două măsurători efectuate la două distanŃe diferite r1 şi r2 se obŃine expresia:

( )( )

( )1

21

1

2

22

12 Lrr

er

rr

r−−

⋅

≅

ΦΦ

(9.70)

CAROTAJUL RADIOACTIV

290

Răspunsul Carotajului Neutronic Compensat (CNL)

Dispozitivul de CNL măsoară fluxul de neutroni termici la detectorul C1 şi C2. Raportul celor două măsurători este convertit, de echopamentul de la suprafaŃă, în valori de porozitate, după un algoritm prezentat în figura. Raza de investigaŃie şi rezoluŃia verticală

Raza de investigaŃie este dependentă de conŃinutul în hidrogen al formaŃiunii şi de distanŃa sursă – detector.

Pentru CNL raza de investigaŃie este dependentă de porozitate şi variază de la 2” – pentru formaŃiuni compacte, până la aproximativ 7” – pentru formaŃiuni cu porozitate de 30%.

RezoluŃia verticală este de 10”. Factorii care influenŃează măsurătorile

- conŃinutul în hidrogen al mediului; - conŃinutul în argilă al formaŃiunii; - compoziŃia mineralogică; - prezenŃa elementelor cu secŃiune mare de captură; - salinitatea apei de zăcământ; - prezenŃa hidrocarburilor.

Forma de prezentare a Carotajului Neutronic Compensat (CNL)

În carotajul neutronic epitermal compensat valorile densităŃii neutronilor epitermici sunt convertite direct în valori de porozitate pentru calcare. În acest caz pe trasa din dreapta a diagramei de carotaj radioactiv este înscrisă curba de variaŃie a porozităŃii aparente pentru calcare a formaŃiunilor geoloşice în funcŃie de adâncime. Valorile de porozitate sunt exprimate în procente (fig.9.18.).

CAROTAJUL RADIOACTIV

291

Fig.9.18. Forma de prezentare a carotajului neutronic compensat