Метрологічне забезпечення апаратури гамма-каротажу

Метрологічне забезпечення апаратури гамма-каротажу та гамма-спектрометричного каротажу

Технічні умови проведення гамма-каротажу диференційної радіоактивності

Вимоги до вимірювальної установки:

- нормуючими метрологічними характеристиками є еквівалентні масові частки урану, торію та калію, які розраховуються за виміряним спектром природного гамма-випромінювання;

- діапазон визначення еквівалентних масових часток урану та торію – 0-200 ppm, калію – 0.1-20%;

- границя допустимої основної відносної похибки визначення еквівалентної масової частки U _е урану – ±[4.3+0.7(200/ U _е-1)]%;

- допустима додаткова похибка визначення, яка викликана зміню температури в свердловині, не повинна перевищувати 0.1 значення основної похибки на кожних 10ºС відносно стандартного значення, яке рівне 20ºС;

- границі допустимих основних похибок заміру каналів урану та торію не більше ±(1.5-2.0) ppm і каналу калію не більше ±5%.

Швидкість каротажу регламентується технічною документацією на конкретну апаратуру, при цьому похибка визначення масового вмісту урану, торію та калію у пластах мінімальної товщини не повинна перевищувати границі допустимих основних відносних похибок вимірювань.

Розбіжності між основним, повторним та контрольним замірами для інтегрального каналу в інтервалі не менше 10 м не повинні перевищувати ±6% для загальних і ±5% для детальних досліджень; для каналів урану, торію та калію розбіжності не повинні перевищувати границі основних похибок.

При проведенні досліджень методом ГК вимірюється природна радіоактивність. Інтенсивність природного випромінювання визначають як інтегральну характеристику кількості гамма-квантів, які виникають в певному інтервалі часу при розпаді радіоактивних елементів.

Елементами вимірювальної установки свердловинної апаратури ГК є блок детектування, електронний блок обробки і передачі сигналу на поверхню по кабелю. Блок детектування, електронний блок і лінія зв’язку є основним джерелом похибок вимірювання. При використанні цифрової форми передачі інформації електронний блок не утворює складової основної похибки.

Для забезпечення єдності вимірів і можливості співставлення результатів методу ГК по I_g вимірювальний сигнал відображають в одиницях потужності експозиційної дози опромінювання в А/кг або мкР/год (1мкР/год=71.6·10^-15А/кг).

Для проведення метрологічного забезпечення апаратури методу ГК використовується принцип градуювання кількості реєстрованих гамма-квантів від потужності експозиційної дози джерела гамма-квантів ²²⁶Rа. Для зручності використовують одиницю вимірювання мкР/год (позасистемна одиниця). Для проведення градуювання використовується стандартна установка УПГД-2, УПЛ-1. Вона складається з коліматора (пристрій, де знаходиться джерело ²²⁶Rа), стола, на якому розташований коліматор, рельсовий шлях (3500-4000мм), по якому пересувається рухомий стіл і пристрій для установки свердловинних приладів. Свердловинний прилад розташовують таким чином, щоб вікно коліматора перетинало прилад в середній частині детектора гамма-квантів. При цьому, спочатку визначається мінімальна робоча відстань, коли зберігається закон квадрату відстані.

Для калібрування розраховують значення експозиційної дози випромінювання на відстані R в метрах від джерела Ra=228

(1.12)

де P _R – потужність експозиційної дози, мкР/год; m – лінійний коефіцієнт сповільнення джерела ²²⁶Rа в повітрі (m=8.5×10^-3, м¹); t – інтервал часу, який пройшов з моменту атестації джерела (роки); Т – період піврозпаду ²²⁶Ra (T=1610); Р₁=Р₀·840; Р₀ — активність радієвого джерела ²²⁶Ra.

Довірча межа похибки результатів атестації повірочної установки D_0,95 визначається:

, (1.13)

де D_об – довірча межа похибки джерела гамма-випромінювання (з паспорту джерела); d – відносне середньоквадратичне відхилення показників ГК.

Значення D_0,95 повинно бути менше 9%.

При побудові градуювального графіка необхідно використати не менше 5-6 точок заміру експозиційної дози випромінювання на різних відстанях від джерела гамма-квантів.

За результатами градуювання визначають:

1. Нелінійність градуювальної характеристики, вона повинна бути не більше 2%;

2. Похибка градуювання апаратури ГК, яка обумовлена похибкою атестації, повинна бути не більше 5-7% (для джерела ²²⁶Rа 2-го розряду).

Основна похибка робочих засобів вимірювання встановлюється в процесі повірки при трьох значеннях потужності експозиційної дози, які відповідають показникам апаратури в межах 0,3; 0,6; 0,9 від діапазону вимірювань.

При проведенні повірки апаратури ГК, також визначають чутливість каналу К (коефіцієнт перетворення) для інтегрального рахунку реєстрованих імпульсів.

До недоліків процесу проведення повірки каналу ГК відноситься неможливість проведення повірки спектрального енергетичного впливу на канал ГК, тому для двох різних сцинтиляційних лічильників показники реєстрованих значень можуть відрізнятися на 20-30%.

1.7.2 Метрологічне забезпечення вимірів апаратурою гамма-спектрометричного каротажу

Метод гамма-спектрометрії дозволяє визначати концентрацію природних радіоактивних елементів К⁴⁰, U(Rа), Th в гірських породах і покладах. Радіоактивні елементи по енергії гамма-випромінювання можна поділити на такі енергетичні вікна:

К⁴⁰ – в межах (1,3-1,56) МеВ (1.14)

U(Ra) – в межах (1,66-1,9) МеВ (1.15)

Тh – в межах (2,4 -2,9) МеВ. (1.16)

Межі зміни енергії гамма-квантів визначаються максимальною інтенсивністю випромінювання радіоактивного елемента.

Основне рівняння зв’язку інтенсивності g-випромінювання I _g і вмісту радіоактивного елемента записується таким чином:

(1.17)

де S – концентраційна чутливість вмісту в масових долях (для К – 0.1%, U(Ra) – 1×10^-4 %, Th – 1×10 ^-4 %).

Перед проведенням повірки необхідно визначити нормативно-метрологічні характеристики досліджуваної апаратури з допомогою різних ізотопів (¹³⁷Cs, ⁸⁵Zn, ⁸⁸Y), які визначають відповідність номера вимірювального каналу певної енергії і перевіряють лінійність залежності рівня дискримінації з величиною енергії. Підготовлена апаратура повіряється на метрологічній установці.

Метрологічна установка складається з 5-ти моделей (імітаторів) пласта:

1 - ша модель К⁴⁰, складається з порошку КCl;

2 - га модель, складається з силікатного порошку і солі U(Ra);

3 - тя модель, складається з силікатного порошку і солі Th;

4 - та модель – фон (радіоактивного опромінення);

5 - та модель – гетерогенна.

Розмір конструкції однієї моделі: діаметр 140 см, висота 170 см. По центру моделі встановлена труба 200 мм, яка імітує свердловину.

За результатами вимірювання на цих моделях визначають концентраційну чутливість для кожного енергетичного каналу:

S _(K,U(Ra),Th)= I _g/ C _(K,U(Ra),Th) (1.18)

де I _g – швидкість рахунку (інтенсивність) g-квантів в каналах (K, U(Ra), Th); C_{(K, U(Ra), Th)} – концентрація кожного еталону.

Проведені дослідження в кожному з енергетичних вікон (не менше 3-х значень для набору статистичних характеристик) дозволяють визначити концентрацію радіоактивних елементів за формулами:

C _Th= I _Th/ S _Th (1.19)

С _U =(I _U- aI _Th)/ S _U (1.20)

C _K =[ I _K- bI _Th-g(I _U- aI _Th)]/ S _K (1.21)

де S _Th, S _U, S _K – концентраційна чутливість кожного з каналів; a, b, g – коефіцієнти рівняння.

З врахуванням похибок повірочної установки, похибок передачі фізичної величини (концентрації радіоактивних елементів) і способу повірки апаратури, границя допустимої основної відносної похибки вимірювань гамма-спектрометрами не повинна перевищувати 4-15 %, для приладів груп:

1 – ша група – 4 -6 %

2 – га група – 6 -8 %

3 – тя група – 10 - 15 %.

Дата добавления: 2014-10-15