Métodos nucleares de investigación geofísica de pozos.

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Los métodos nucleares de investigación geofísica de pozos  son uno de los métodos más efectivos para determinar una serie de parámetros que son difíciles de medir utilizando métodos de registro eléctrico (radiactividad natural, densidad aparente, contenido de hidrógeno, composición elemental, contenido de cenizas del carbón).

Además, los métodos nucleares se pueden usar no solo en un pozo abierto (no revestido con tuberías) , sino también en uno cerrado, cuando muchos métodos eléctricos son fundamentalmente inaplicables.

Historia de los métodos y antecedentes

Hay grandes cantidades de elementos radiactivos naturales en la corteza terrestre , especialmente en rocas ácidas y sedimentarias . Estos elementos pueden ser minerales en sí mismos ( radio , sales de potasio que contienen K-40 ), o pueden ser signos de otros minerales (hay impurezas radiactivas en los carbones, y el radio rara vez se encuentra en la naturaleza por separado del uranio , por lo que sirve como un signo su presencia en la búsqueda de yacimientos de uranio).

Los métodos nucleares, por razones obvias, no utilizan todos los tipos de reacciones nucleares. Por ejemplo, el registro alfa en un pozo no puede existir fundamentalmente, ya que las partículas alfa tienen una capacidad de penetración extremadamente baja (la trayectoria libre en el aire es de aproximadamente 10 cm , en una lámina de aluminio  , menos de una micra ). El registro beta también es prácticamente inaplicable, ya que las partículas beta también tienen un bajo poder de penetración. Debido a esto, las reacciones asociadas únicamente con neutrones y cuantos gamma , que tienen un enorme poder de penetración, se han generalizado mucho . Los métodos más comunes son: GK, GGK, NGK, NNK, INNK y sus variantes, pero existen otros que se pueden utilizar. Entre ellos, puede encontrar tales tipos de registro: NAK (activación de neutrones), GNK (gamma-neutrones), radiometría de rayos X y otros.

El registro nuclear, como cualquier otro registro, depende de la velocidad de descenso y ascenso de la sonda geofísica. Si la sonda tiene una velocidad de movimiento demasiado alta, es posible que simplemente no tenga tiempo para medir los parámetros cambiantes, y para los métodos nucleares esto es especialmente cierto, ya que muchas reacciones nucleares toman horas. Además, las mediciones separadas también han encontrado su aplicación, cuando la segunda medición se lleva a cabo en el mismo pozo, con el mismo dispositivo a la misma velocidad, pero después de un tiempo bastante largo, hasta que se completen todas las reacciones nucleares iniciadas bajo tierra.

Métodos gamma

Estos métodos pueden registrar tanto la radiactividad de la roca natural como la radiactividad artificial creada en el pozo antes de la medición.

GK (rayos gamma)

Para registrar la radiación gamma natural se utiliza un método llamado GK (gamma logging). La esencia del método es la siguiente: se baja una sonda al pozo en un cable geofísico, que consiste solo en un detector de radiación gamma . El detector convierte los cuantos gamma que han caído en él en una señal eléctrica, y la señal se transmite por cable a la superficie, donde se analiza. Cuantos más gamma quanta, más lecturas, es decir, la dependencia es directamente proporcional. En consecuencia, las lecturas más altas se observan en rocas radiactivas gamma.

El método GC también se puede utilizar tanto en un pozo cerrado (un pozo revestido con tuberías de revestimiento) como en un pozo abierto (un pozo perforado, pero sin tuberías todavía). Esto es posible debido al alto poder de penetración de los rayos gamma.

El detector es el elemento principal de la sonda, más a menudo hecho sobre la base de PMT . Otros diseños son menos comunes.

En principio, las siguientes tareas se pueden resolver con la ayuda del GC:

Pero de todo lo anterior, el GK es principalmente una evaluación del contenido de arcilla. Es arcilla para HA que es un horizonte de referencia confiable.

GGK (registro gamma-gamma)

Este método mide la radiactividad artificial (radiación gamma) de las rocas alrededor del pozo.

La esencia del método se refleja en su nombre: las letras " GG " significan que primero se irradia la roca con radiación gamma y, en respuesta, también se registra solo la radiación gamma, incluso si también están presentes otros tipos de radiación. La radiación gamma de respuesta hace posible medir los parámetros de la roca con mayor eficacia que su radiación natural, que podría haber estado ausente sin la irradiación artificial.

Inicialmente, se introduce una sonda geofísica en el pozo. En la sección del pozo de interés, la roca se irradia con radiación gamma y se vuelve radiactiva. En respuesta, la roca emite nuevos cuantos gamma, que son registrados por la sonda. Por este motivo, la sonda incluye tanto una fuente de rayos gamma como un detector (similar al utilizado en el método GC). Se coloca una capa de pantalla de plomo entre ellos para que la fuente no interfiera con el detector con su propia radiación. Gracias a la pantalla, el detector registra la radiación solo de la roca y no interactúa con la fuente.

Los cuantos gamma que ingresan a la roca la afectan de diferentes maneras. Los tipos principales para la geofísica son los siguientes tipos de interacción de los cuantos con la materia:

Existen otros tipos de interacción menos significativos, como el efecto fotoeléctrico nuclear. Dependiendo de cuál de ellos mostró la influencia principal durante las mediciones, en realidad se distinguen dos tipos de HGC:

GGK-P se utiliza en campos de petróleo y gas, ya que la densidad de la roca está directamente relacionada con su porosidad , y los buenos yacimientos de petróleo y gas se caracterizan por una alta porosidad. GGK-P también se puede usar en depósitos de carbón, pero esto se debe al hecho de que la veta de carbón siempre tiene una densidad menor que las rocas circundantes.

GGK-S se utiliza en depósitos de mineral y carbón. Con su ayuda, por ejemplo, determine el contenido de cenizas del carbón. El carbón puro se compone de carbono, cuyo número de serie ( z  es el número de Mendeleev) en la tabla periódica es 6, y las impurezas no combustibles del carbón suelen consistir en sílice y arcilla, cuyo número de serie medio es de 12-13 unidades. En los depósitos de mineral, respectivamente, determine el número de serie del metal contenido en el mineral.

Métodos de neutrones

Natural - natural - la radiación de neutrones no existe. Por lo tanto, tampoco existe el registro simple de neutrones, similar al registro de rayos gamma. Los tipos de registro de neutrones funcionan solo con la ayuda de radiación de neutrones creada artificialmente. Por la misma razón, estos métodos se clasifican de manera diferente a los métodos gamma. Además, las lecturas medidas, a diferencia de los métodos gamma, dependen no solo de la naturaleza de la interacción, sino también de la duración de la exposición. Por tanto, los métodos se dividen en dos grandes grupos:

Los neutrones pueden interactuar de diferentes formas con la materia por la que pasan. Por tanto, cada uno de estos grupos también se divide según la naturaleza de la interacción de los neutrones con la roca irradiada. Los principales tipos de interacción de los neutrones con la materia son los siguientes:

Una sonda geofísica para el registro de neutrones incluye necesariamente una fuente de neutrones, por ejemplo, que contiene Cf-252 en descomposición espontánea . La fuente de neutrones, además de los elementos fisionables espontáneamente, también puede actuar sobre reacciones creadas artificialmente, ya que permiten obtener neutrones con mayor energía. Por ejemplo, se puede obtener un flujo de neutrones a partir de las reacciones de deuterio y tritio o berilio con una partícula alfa :

NGK (Neutron Gamma Ray)

La esencia del método se refleja en su nombre (letras NG ): la roca se irradia con un flujo constante de neutrones y, en respuesta, se registra la radiación gamma resultante. En consecuencia, la sonda geofísica consta de una fuente de neutrones, así como un detector cuántico gamma, como en el método GK.

Los neutrones rápidos, después de numerosas colisiones con átomos de elementos ligeros , pierden parte de su energía y se ralentizan a energías térmicas (alrededor de 0,025 eV). Las indicaciones del método, por este motivo, dependen principalmente del contenido de hidrógeno en el medio en estudio. Esta propiedad permite la detección tanto de petróleo como de agua en yacimientos. Además, NGK permite medir en parte la salinidad de las aguas de formación, ya que contienen cloro, lo que aumenta la radiación gamma secundaria. Además, el método es adecuado para la disección litológica del pozo y la determinación del espesor de las capas.

Cabe mencionar la reacción de los OGK a las arcillas. A pesar de que la arcilla es un material impermeable clásico que prácticamente no deja pasar el agua, contiene una gran cantidad de poros subcapilares que ya están llenos de la llamada agua ligada , que no es capaz de salir de la arcilla debido a la tensión superficial. , puentes de hidrógeno y otros factores. Por esta razón, la arcilla aparentemente seca da lecturas anormalmente bajas.

La desventaja de NGK es que depende del diseño del pozo. En primer lugar, el fluido de perforación contenido en el pozo también es un intermediario que contiene hidrógeno, lo que contribuye en gran medida a las mediciones. Teniendo en cuenta el diámetro variable del pozo y, en consecuencia, el diferente espesor de la "capa intermedia" del fluido de perforación entre la pared del pozo y la sonda geofísica, es muy difícil tener en cuenta la presencia de este fluido. En segundo lugar, el mismo fluido de perforación contiene sal, que contiene cloro. Como se señaló anteriormente, el cloro contribuye a un aumento de la radiación gamma secundaria.

NNK (registro de neutrones-neutrones)

En este método, la roca se irradia con un flujo de neutrones constante, en respuesta, también se registra el flujo de neutrones de respuesta. Estos últimos pueden ser de dos tipos: térmicos (con energía relativamente baja) y supratérmicos (con energía aumentada). Por lo tanto, hay dos tipos de NW:

Al realizar NNK-T, se mide la densidad de flujo modificada de los neutrones térmicos emitidos por la sonda. Esta densidad depende tanto de las propiedades moderadoras de neutrones del medio como de las propiedades absorbentes de neutrones. De hecho, esto significa que NNK-T mide el contenido de hidrógeno del medio y la presencia de elementos absorbentes, que tienen una alta sección transversal de captura de neutrones térmicos. Por lo tanto, NNK-T da los mismos resultados que NGK .

NNK-NT consiste en medir la densidad de flujo de los neutrones epitermales (tienen energías desde 0,5 eV hasta 20 keV). Esta densidad es prácticamente independiente de las propiedades absorbentes del medio y solo puede utilizarse para determinar el contenido de hidrógeno. Esta es la principal ventaja de NNK-NT. Un dato interesante: durante algún tiempo, el registro de neutrones epitermales se consideró técnicamente imposible debido al hecho de que es difícil detectar neutrones epitermales por separado de los neutrones térmicos si van en la misma corriente. La solución a este problema resultó ser simple: en la sonda geofísica para NW-NT, se coloca un detector no para neutrones epitermales, sino térmicos, pero se coloca en una capa de parafina. Dado que la parafina tiene un contenido de hidrógeno muy alto, es insuperable para los neutrones térmicos si van en la misma corriente que los epitermales. Por lo tanto, solo los neutrones epitermales del medio pasan a través de la pantalla de parafina, mientras que los neutrones térmicos no pueden ingresar al detector. En este caso, los neutrones epitermales transmitidos se ralentizan en parafina y se convierten en neutrones térmicos ordinarios, que el detector registra. Debido a esto, cuando se mide el flujo de neutrones térmicos más simples, en realidad se registra el número de neutrones epitermales, ya que los neutrones térmicos registrados eran "simplemente" epitermales.

INNK (registro de neutrones-neutrones pulsados)

El registro de neutrones-neutrones pulsados ​​es fundamentalmente diferente del resto en que la roca no se irradia con un flujo continuo de neutrones, sino con ráfagas cortas: pulsos. En respuesta, no son tanto los propios neutrones de la roca los que se registran, sino que se estudia su tiempo de vida. Según este indicador, las razas son fundamentalmente diferentes.

El tiempo de vida promedio de los neutrones epitermales depende del contenido de absorbentes (cloro, por ejemplo) e hidrógeno en la roca. Valores posibles:

Gracias a una diferencia bastante clara (en el tiempo) en los diagramas LPOR, es posible no solo distinguir un depósito de agua de uno de petróleo, sino que incluso es posible encontrar el límite de un contacto agua-petróleo ( OWC ), si hay agua y aceite en el depósito al mismo tiempo. A menudo es necesario buscar el límite gas-petróleo (GOC), mientras que el NOC no puede distinguir entre estos límites.

Métodos de complejación

Por razones objetivas, ningún método de geofísica da resultados completos y fiables. Por lo tanto, generalmente no es práctico usarlos solos; debido a esto, se usan diferentes métodos juntos. Al combinar la información obtenida con su ayuda, es posible "descifrar" el contenido de los intestinos de manera más confiable.

En la sección dada, surge un problema geológico complejo: encontrar la profundidad de aparición de las vetas de carbón. El método de resistividad aparente ( RS ) es un método de registro eléctrico que no permitió distinguir el carbón de la piedra caliza en esta sección sin involucrar investigación adicional (ambos tienen aproximadamente la misma resistencia, en igualdad de condiciones). Sin embargo, la participación de la densidad GGC le permite identificar inmediatamente la piedra caliza en la sección. El HA simple también da crédito a este punto de vista, ya que responde bien a la lutita: no hay arcilla en las vetas de carbón y la piedra caliza, por lo que las lecturas de HA fallan frente a ellas. También se muestra un gráfico de calibre ( KM ) para comparar . En el método KM se mide el diámetro del pozo, que varía con su profundidad. A diferencia del carbón quebradizo, las paredes del pozo se destruyen durante la perforación, por lo que el diámetro del pozo aumenta y la caliza densa no sucumbió a la misma destrucción, por lo que el CM no registró su destrucción.

En este tramo se encontró una capa de bauxitas , ya que su radiactividad natural es superior a la de las rocas hospedantes, por lo que, según la HA, la capa se destaca como máxima. El método CL supera perfectamente la formación con resistencia reducida, especialmente su parte superior. El método SP ( polarización espontánea ) también destaca la capa de bauxita polarizable, y el fallo de las lecturas de OGK indica un alto contenido de hidrógeno (hay muchos hidróxidos de aluminio en las bauxitas).

La combinación de métodos le permite expandir significativamente la funcionalidad de cualquier método, incluso el más simple. El papel de un método económico de rayos gamma para identificar yacimientos aumenta especialmente cuando el pozo está lleno de fluido de perforación . La resistividad eléctrica de esta solución es comparable a la resistividad de las aguas de formación. En estas condiciones, el método PS los distingue mal y los datos de GC se convierten en los principales para identificar el yacimiento.

Véase también

Literatura