36. Взаимодействие нейтронов с веществом

Будучи электрически нейтральными, нейтроны не испытывают действия электронной оболочки и заряда ядра, поэтому обладают большой проникающей способностью. При соударении с ядрами они вызывают разнообразные ядерные реакции, что делает их весьма полезными при изучении ядерного и хим.состава гп. Реакции с участием нейтронов разделяются на две группы: рассеяние и поглощение нейтронов. Рассеяние бывает упругое и неупругое. Упругое рассеяние аналогично столкновению двух идеально упругих шаров: часть кинетической энергии нейтрона передается ядру без изменения внутреннего состояния последнего. Сечение упругого рассеяния большинства ядер при Е < n·10^-1 МэВ почти постоянно, а при большей энергии нейтронов существенно зависит от энергии последних. Из основных элементов горных пород наибольшее сечение упругого рассеяния (20— 80)•10^-28 м² характерно для водорода. Потеря энергии нейтрона при его упругом соударении зависит от массы ядра. Наибольшее изменение энергии достигается при соударении с ядром водорода, масса которого наиболее близка к массе нейтрона. При столкновении с ядром водорода нейтрон в среднем уменьшает свою энергию в 2 раза, тогда как, например, для ядер кислорода и кремния это уменьшение составляет всего 11 и 6%. Благодаря высокому сечению рассеяния и большой потере энергии при соударении водород является аномальным замедлителем нейтронов. При неупругом рассеянии энергия нейтрона расходуется не только на создание кинетической энергии ядра, но и на его возбуждение, т. е. увеличение его внутренней энергии. Потеря энергии в среднем больше, чем при упругом рассеянии. Однако неупругое рассеяние на легких элементах происходит лишь при больших энергиях нейтронов и в радиометрии скважин играет меньшую роль, чем упругое рассеяние.

В рез-те рассеивания происходит замедление нейтронов. Аномальный замедлитель – ядра Н¹_1. Пр-сс замедления завершается потерей энергии и нейтрон приобретает теплов.энергию(~0,025эВ). Происходит их диффузия

Поглощение нейтронов сопровождается испусканием какой-либо ядерной частицы. Это может быть протон (обозначается р), альфа-частица (α), один или несколько гамма-квантов. Соответствующие ядерные реакции принято обозначать (n,р), (n,α) и (n,γ). Последняя реакция с испусканием гамма-квантов называется радиационным захватом нейтрона. Реакция радиационного захвата с заметной вероятностью происходит лишь при малой энергии нейтрона (для легких ядер менее 1 — 10 эВ). Сечение этой реакции убывает обратно пропорционально скорости нейтронов. Реакции (n,р) и (n,α), наоборот, происходят обычно лишь при очень высокой энергии нейтронов (как правило, выше 5 МэВ) и при радиометрии скважин имеют ограниченное значение. Исключение составляет реакция (n,α) на некоторых легких элементах (бор, литий), реакция (n,р) на очень редком изотопе гелия Не и некоторых др. Они аналогично реакции (n,γ) наиболее интенсивно протекают с медленными нейтронами.

Нейтроны, испущенные источником и попавшие в горную породу, относительно быстро замедляются в результате упругих и частично неупругих соударений. Поэтому большинство из них избегает поглощения в области высокой энергии и захватывается ядрами по реакции радиационного захвата, уже имея очень малую энергию, близкую к энергии теплового движения атомов среды (порядка 0,0025 МэВ). Поэтому результатом поглощения нейтронов обычно являются γ-кванты, за исключением пород, богатых бором и литием, где кроме γ-квантов образуются также альфа-частицы. При поглощении нейтронов ядрами некоторых изотопов они становятся радиоактивными. Поэтому кроме гамма-излучения радиационного захвата, испускаемого практически в момент захвата и потому наблюдаемого лишь одновременно с облучением породы нейтронами, существует еще гамма-излучение активированных ядер, которое можно наблюдать и после выключения или удаления источника нейтронов.

37. Ослабление нейтронов в вещ-ве. (барьерная геометрия)

39. Уравнение матер.баланса в теории переноса нейтронов.

В теоретич.основе НМ лежит ур-е матер.баланса распределения тепловых нейтронов.

Надтепловых нейтронов

40. Решение уравнения переноса нейтронов в дифузион.приближении

60. Теоретические основы акустического метода. Деф.растяж, мод.Юнга, коэф Пуассона

Основаны на изучении полей упругих колебаний в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот. Можно подразделить на методы естественных и искусственных акустических полей. Методы естественных полей изучают колебания, создаваемые различными естественными (технологическими) причинами. Сюда относятся: а) метод выделения газоотдающих интервалов в скважинах путем регистрации шумов, возникающих при поступлении газа или нефти в ствол скважины (шумометрия); б) методы изучения шумов при бурении с целью определения характера проходимых пород по спектру колебания инструмента; в) метод определения горизонтальной проекции текущего забоя на земную поверхность путем установления точки с максимумом мощности колебаний на поверхности земли. Основное применение получили методы искусственных акустических полей, в которых изучают распространение волн от излучателя, расположенного в скважинном приборе. Существуют две основные технологии метода: а) основанная на изучении времени прихода; б) основанная на изучении затухания амплитуды колебаний.

Факторы, определяющие акустические свойства горных пород

В однородной твердой среде распространяются две независимые волны — продольная Р и поперечная S. Соответствующие скорости оценивают по формулам

где λ, μ — константы Ламе; σ — плотность. Напомним, что константы Ламе положительны, в связи с чем скорости продольных волн всегда больше скоростей поперечных. Для горных пород в среднем vP/vS = l,73. Важнейшими характеристиками среды, позволяющими определить ее прочностные свойства, являются упругие константы: модуль Юнга Е, коэффициент Пуассона δ, модуль сдвига G и модуль всестороннего сжатия kc. Определив vP и vS или соответствующие интервальные времена ΔTP и ΔTS , а также σ (например, по данным ГГМ) во внутренних точках среды, можно рассчитать ее упругие константы:

E = 9μkc /(3kc+μ), v = (3kc – E)/6 kc ,

G = 3 kc(1 – 2v)/2(1+v) , kc = E/3(1 + 2v).

Константы λ и μ, обусловливающие жесткость среды, при уплотнении пород растут быстрее плотности. Поэтому увеличение плотности сопровождается обычно возрастанием акустических скоростей. Для приближенной оценки плотности σ по данным акустического метода можно использовать эмпирические соотношения. В ряде случаев удовлетворительные результаты дает следующее соотношение: σ = 0,23 Vp^0,25.

Среди параметров, характеризующих коллекторские свойства пород, основное влияние на кинематические и динамические характеристики Р- и S-волн оказывают коэффициенты пористости kП и трещиноватости kТР. Для большинства горных пород с ростом kП уменьшаются vР и vS , увеличиваются соответствующие интервальные времена ΔTP и ΔTS и коэффициенты поглощения αP и αS. Наиболее четкая зависимость

между пористостью и скоростью продольных волн существует для сцементированных пород с межзерновой пористостью. С достаточной для практики точностью она выражается уравнением среднего времени:

где ΔTск , ΔTж — интервальные времена для продольных волн в скелете породы и флюидо-порозаполнителе соответственно. Зависимость vS от kП изучена недостаточно.Однако имеющиеся данные указывают на более резкое уменьшение скорости поперечных волн с увеличением kП .Акустические характеристики существенно зависят от трещиноватости. В общем случае с увеличением трещиноватости скорости Р- и S-волн уменьшаются, а поглощения возрастают. При этом интенсивность снижения скорости и роста поглощения зависит от угла встречи волны и трещин. В связи с этим трещиноватые породы характеризуются значительной акустической анизотропией. Заметим, что трещины малой раскрытости, которые в основном и контролируют проницаемость глубокозалегающих коллекторов, меньше влияют на объемную жесткость и, следовательно, на параметры Р-волн, чем на модуль сдвига и, соответственно, на параметры S-волн. Поэтому заметное снижение скорости S-волн и их значительное затухание могут указывать на наличие трещинного коллектора. В целом, вопрос о связи акустических характеристик с параметрами трещиноватости изучен недостаточно.Существенное влияние на vР , vS , αP и αS оказывает горное и внутрипластовое давление. Увеличение горного давления приводит к сжатию скелета породы, соответственному уменьшению пористости, росту контактной жесткости и, след-но, росту vР , vS и снижению αP и αS . Увеличение пластового давления приводит к обратным явлениям, что используют для обнаружения зон аномально высокого пластового давления (АВПД). Возрастание температуры сопровождается, как правило, незначительным повышением скорости. Увеличение минерализации воды может заметно увеличить скорость Vж.

\