Применение сцинтиляционной аппаратуры для поисков залежей нефти и газа
А. П. ГРУМБКОВ, В. В. МАТВЕЕВ, Г. С. СЕМЕНОВ, А. Д. СОКОЛОВ
При поисках месторождений полезных ископаемых, в частности залежей нефти и газа, все больше начинают входить в практику поисковых работ радиометрические методы [1, 5, 6, 8].
Частным видом радиометрической съемки, получившим пока наиболее широкое распространение, является полевая гамма-съемка местности радиометрами. Однако результаты, получаемые при такой съемке, дают лишь суммарную интенсивность естественного гамма-излучения радиоактивных элементов в поверхностном слое земли, не давая представления о распределении отдельных компонентов этого излучения. Вполне понятно, что суммарная интенсивность гамма-излучения поверхностных слоев земли не может полностью характеризовать геохимические процессы, происходящие в них. В связи с этим область применения радиометрической съемки в настоящее время ограничена. Наиболее широкое развитие она получила при поисках месторождений радиоактивных руд и начинает применяться при поисках нефти и газа и в некоторых случаях геологического картирования.
Проведение раздельной регистрации всех компонент излучения радиоактивных элементов приведет к значительному расширению границ применения радиометрической съемки и, возможно, к тому, что радиометрическая съемка станет одним из основных прямых методов поисков месторождений различных полезных ископаемых.
Современные методы спектрометрирования гамма-излучения позволяют осуществить такую раздельную регистрацию различных компонент излучения радиоактивных элементов. Так, в литературе уже описана методика, применяемая для определения концентраций урана и тория в радиоактивных рудах [3, 4].
Для этого необходим чувствительный пороговый гамма-спектрометр. Следует отметить, что ввиду того, что нормальные земные гамма-поля весьма слабы, требования к чувствительности и стабильности такой аппаратуры высоки. Пороговую спектрометрию гамма-излучения можно производить как на аппаратуре со счетчиками Гейгера-Мюллера, так и при помощи сцинтилляционных счетчиков.
Авторы остановились на разработке сцинтилляционного прибора.
На первых порах был разработан автомобильный вариант двухканального порогового спектрометра, что позволило применить счетчик высокой чувствительности (большого объема) и существенно расширило возможности применения аппаратуры в полевых условиях.
Автомобильный радиометр-анализатор состоит из четырех основных узлов (рис. 1).
Счетная головка прибора представляет собой девятилитровый жидкостный сцинтилляционный счетчик на фотоэлектронном умножителе типа ФЭУ-29 или ФЭУ-19М.
Оптический контакт фотоэлектронного умножителя с сцинтиллятором осуществляется через кварцевое смотровое стекло, установленное в центре полусферы.
Верхняя часть счетной головки выполнена в виде светонепроницаемой камеры, в которой монтируются фотоэлектронный умножитель и катодный повторитель для передачи импульсов по кабелю. На крышке камеры крепится высоковольтная секционированная батарея для питания фотоумножителя. Батарея собирается из отдельных секций, напряжение с которых подается непосредственно на диноды.
Жидкий фосфор составлен из стандартных химических реактивов, обычно применяемых в сцинтилляционных счетчиках [7]. В качестве растворителя использован специальный толуол особой чистоты, в качестве активатора р-терфенил в концентрации 4 г/л со смещающей добавкой оксазолилбензила (РОРОР) в концентрации 0,03 г/л.
Пульт управления представляет собой двухканальный пороговый амплитудный анализатор импульсов. Оба канала амплитудного анализатора собраны аналогично: импульсы со счетной головки через катодные повторители поступают на вход высокочувствительных мультивибраторов со стабильным порогом срабатывания, собранные по схеме, предложенной К. Кэндиахом [9]. Мультивибраторы выполняют роль амплитудных дискриминаторов. В приборе предусмотрена возможность изменения порога дискриминации в пределах, которые соответствуют энергии гамма-излучения от 100 до 500 кэв для первого канала (канал общего счета) и от 1,5 до 2,6 Мэв для второго (канал срезанного счета). Сформированные по амплитуде и длительности импульсы через дозирующие емкости поступают на диодные интеграторы. Постоянное напряжение с диодных интеграторов при помощи дифференциальных усилителей измеряется и записывается на ленте блоком автоматической регистрации, который состоит из двух самопишущих гальванометров типа СГ-19.
Для калибровки показаний прибора в количестве импульсов в единицу времени в приборе имеется транзитронный генератор импульсов.
Блок силового питания прибора включает мотор-генератор типа РУ-11БМ, с которого снимается анодное напряжение схемы и барреторы для питания накала ламп. Блок питания подключается к борт-сети автомашины.
Параметры прибора, определенные по радиевому эталону и урановым и ториевым рудам, следующие: чувствительность по каналу общего счета порядка 100 импульсов в секунду на 1 мкр/час; оптимальные коэффициенты, характеризующие жесткость гамма- излучения соответственно равны: от образца урановой руды - 2 и от ториевой - 4 (в процентах от показаний канала общего счета).
Уровень уверенного отсчета по каналу общего счета интенсивности гамма-излучения при постоянной времени 2 сек. составляет ±0,25 мкр/час.
Прибор имеет три постоянные времени интегрирующего контура: 2,4 и 8 сек. и при работе в полевых условиях устанавливается на автомашине марки ГАЗ-69.
Радиометр-анализатор применялся при методических работах на известных (структура Кумдаг) и находящихся в разведочном бурении (Окаремская структура) месторождениях нефти и газа юго-западной Туркмении. Радиометрическая съемка проводилась одновременно прибором «Автограс» и радиометром АГР-57, сконструированным в Институте нефти АН СССР, с датчиком из 108 счетчиков Гейгера-Мюллера типа ВС-9. Прибором АГР-57 проводилась регистрация общей интенсивности гамма-излучения, а прибором «Автограс», кроме того, записывалась интенсивность жесткой части гамма-спектра.
На структуре Кумдаг, которая характеризуется сложным геологическим строением и литологией поверхностных отложений, съемка проводилась на юго-восточной части, так как проезд автомашины по западной части был практически невозможен из-за развития барханных песков. При сравнении карт изогамм, построенных по данным измерений при помощи описанных приборов, наблюдается определенное различие, особенно на южной части структуры. Это расхождение можно объяснить разными спектральными чувствительностями приборов.
Однако в обоих случаях зона пониженной гамма-активности в основном совпадает с границами нефтяной залежи на структуре Кумдаг и окаймляется отдельными участками повышенных значений, а изменение относительной жесткости гамма-излучения приурочено к выходам коренных пород. Аналогичный характер распределения гамма-поля приводится в литературе [1].
Окаремская структура имеет ту особенность, что определенных признаков нефти еще не получено, поэтому интерпретация результатов съемки приводится на основании предположения, что существует структура с природным газом.
Поверхность исследуемого участка характеризуется широким развитием на юго-востоке закрепленных грядовых песков и засолоненными мокрыми шорами на юго-западе, слегка глинистыми, уплотненными песками и глинистыми такырами на северо-западе.
Такой сложный характер литологии поверхностных отложений затруднил интерпретацию данных радиометрической съемки, особенно по результатам прибора АГР-57, так как воздействие глубинных факторов затушевано влиянием литологии и геоморфологии. При сравнении карт изогамм, построенных по данным прибора АГР-57 (рис. 2) и прибора «Автограс» (рис. 3), видно резкое различие их. Это расхождение имеется как в центральной части структуры, так и на северо-восточном и юго-западном крыльях структуры. На карте изогамм прибора АГР-57 отражается в основном распределение литологических разностей поверхностных отложений.
Зона повышенных значений гамма-активности в центре структуры связана с бугристыми глинистыми песками и песчанистыми такырами, а зона пониженных значений с бугристыми песками, мокрыми засолоненными шорами. Карта изогамм прибора «Автограс» лишена этих недостатков. Четкая зона пониженных значений гамма-активности наблюдается на своде структуры, а на крыльях оконтуривается кольцеобразной зоной повышенных значений. Такой характер распределения интенсивности гамма-излучения на структуре Окарем по данным прибора «Автограс» позволяет сделать несколько замечаний. Линии изогамм по конфигурации напоминают изогипсы кровли структуры. Некоторое влияние изменения литологического состава почв накладывается на гамма-поле, но зона пониженных и повышенных значений гамма-активности не объясняется этим, а возможно, обусловлена влиянием глубинных факторов. Подобный характер гамма-поля над нефтяными и газовыми залежами отмечен и для ряда других месторождений Союза.
Тем не менее, полученные в работе результаты позволяют утверждать, что измерение интенсивности с одновременным пороговым спектрометрированием гамма-излучения является перспективным и многообещающим направлением, которое при дальнейшем развитии может привести к качественному улучшению методов радиометрии и значительно расширить область их применения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев Ф.А. и др. Новости нефтяной техники, № 6, 1957.
2. Брайде И.Я. и др. Радиотехника и электроника, № 10, 1956.
3. Гольбек Г.Р., Матвеев В.В., Шляпников Р.С. Атомная энергия, № 9, 1957.
4. Матвеев В.В., Соколов А.Д., Шляпников Р.С. Атомная энергия, № 4, 1956.
5. Радиометрические методы поисков и разведки урановых руд. Москва. Госгеолтехиздат, 1957.
6. Тер-Оганесов Я.Г. Атомная энергия, № 1, 1958.
7. Brooks. Progress Nuclear Physik, v. 5, 1956.
8. Lundberg H. World Petroleum, v. 23, № 5, 1952.
9. Kandiah K. Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, v. 101, part II, № 81, p. 239, 1954.
Институт геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР
Рис. 1. Блок-схема радиометра Автограс.
1 - датчик (счетная головка); II-пульт управления электронной схемы; III-блок автоматической регистрации; IV-блок силового питания; 1 - жидкий сцинцилятор; 2-фотоэлектронный умножитель (ФЭУ); 3-катодный повторитель; 4 - батарея питания ФЗУ; 5 - катодный повторитель; 6-амплитудный дискриминатор; 7 - диодный интегратор; 8-дифференциальный усилитель; 9 - самопишущий гальванометр; 10- катодный повторитель; 11 - амплитудный дискриминатор; 12 - диодный интегратор; 13-дифференциальный усилитель; 14 - самопишущий гальванометр; 15-калибратор
Рис. 2. Карта изогамм месторождения Окарем по прибору АГР-57.
1-ниже 8g; 2- 8-8,5 g; 3- выше 8,5 g; 4- выше 98; 5 - радиометрические профили.
Рис. 3. Карта изогамм месторождения Окарем по прибору Автограс.
1 - ниже 5g, 2 - 5-5,5g; 3 - выше 5,5g; 4 - выше 68; 5 - радиометрические профили.