Accuracy assessment of the determination of radioactive elements concentration on shale cores

• Autorzy: Skupio R.

Warianty tytułu

PL

Ocena dokładności wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych na rdzeniach skał łupkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Precise knowledge of the concentration of radioactive elements can be applied for lithological identification of the rocks, particularly for identifying shale layers. Those rocks are characterised by a high natural radioactivity, due to the presence of clay minerals as well as organic matter. The presence of the organic matter significantly increases the concentration of uranium. It is therefore a quick way of identifying the intervals of hydrocarbon potential. In the present study, the accuracy of establishing the concentration of radioactive elements: potassium (⁴⁰K) – 1.46 MeV, uranium (²³⁸U) – 1.76 MeV and thorium (²³²Th) – 2.62 MeV was examined for shale formation. The research was conducted with the use of a 9-window decomposition method of gamma radiation spectra. The spectra were registered with a spectrometer – Gamma Logger (Core Lab WSGL-300-T), adjusted to the measurement of the natural radioactivity of core samples. The current application of the gamma spectrometer consisted mainly of establishing the total radioactivity. It is due to the low efficiency of the detection process of the 3-window method, implemented in the software of the device. The GL spectrometer is equipped with a detection system of a high energy resolution (about 7% for ¹³⁷Cs), which allows for the application of the 9-window method, providing additional information from the low-energy part of the spectrum, below 1.3 MeV. This method improves the accuracy of measurements of the concentration of radioactive elements, due to both the significantly higher count of the detector readings, which lessens the influence of statistical fluctuations, as well as the additional energy lines for uranium and thorium.

PL

Dokładna znajomość koncentracji pierwiastków promieniotwórczych może być wykorzystywana w identyfikacji litologicznej badanego ośrodka skalnego, zwłaszcza w poszukiwaniu/wyznaczaniu warstw łupkowych. Skały te charakteryzują się wysoką naturalną promieniotwórczością wynikającą zarówno z obecności minerałów ilastych, jak i substancji organicznej. Występowanie substancji organicznej znacznie zwiększa koncentrację uranu. Jest to zatem szybki sposób na identyfikację interwałów o potencjale węglowodorowym. Ocena dokładności wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych: potasu (⁴⁰K) – 1,46 MeV, uranu (²³⁸U) – 1,76 MeV i toru (²³²Th) – 2,62 MeV, została wykonana dla skał formacji łupkowej. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem 9-oknowej metody dekompozycji widm promieniowania gamma. Widma były zarejestrowane przy pomocy spektrometru – Gamma Logger WSGL-300-T, przystosowanego do pomiarów naturalnej promieniotwórczości rdzeni wiertniczych. Dotychczasowe wykorzystanie spektrometru gamma polegało głównie na wyznaczaniu całkowitej promieniotwórczości „total”. Wynika to z niskiej wydajności detekcji w metodzie 3-oknowej, która jest zaimplementowana w oprogramowaniu urządzenia. Spektrometr GL wyposażony jest w układ detekcyjny o wysokiej rozdzielczości energetycznej (około 7% dla ¹³⁷Cs), co pozwala zastosować metodę 9-oknową dostarczającą dodatkową informację z niskoenergetycznej części widma, poniżej 1,3 MeV. Metoda ta pozwala na poprawę dokładności pomiarów koncentracji pierwiastków promieniotwórczych, zarówno ze względu na znacząco większą ilość zliczeń detektora, co obniża wpływ fluktuacji statystycznych, jak i ze względu na dodatkowe linie energetyczne dla uranu i toru.

Słowa kluczowe

EN

gamma radiation; spectral gamma ray decomposition; gamma logging; natural radioactivity; shale rocks

PL

promieniowanie gamma; dekompozycja widma; profilowanie gamma; promieniotwórczość naturalna; skały łupkowe

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 71, nr 6
• Strony: 390--399
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Skupio R.

• Department of Well Logging Oil and Gas Institute – National Research Institute ul. Lubicz 25A 31-503 Kraków

Bibliografia

• [1] Blum P., Rabaute A., Gaudon P., James F. Allan: Analysis of natural gamma-ray spectra obtained from sediment cores with the shipboard scintillation detector of the ocean drilling program: example from leg 1561. Shipley T. H., Ogawa Y., Blum P., Bahr J. M. (Eds.), Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientifi c Results 1997, vol. 156.
• [2] Blum P.: Natural gamma radiation Ocean Drilling Program. PP Handbook, November 1997, pp. 5–15.
• [3] Bolesta F., Galazka A.: Profi lowanie gamma – przeliczanie jednostek. Nafta-Gaz 2014, no. 8, pp. 493–501.
• [4] Hendriks P. H. G. M., Limburg J., de Meijer R. J.: Full-spectrum analysis of natural g-ray spectra. Journal of Environmental Radioactivity 2001, 53, pp. 365–380.
• [5] Jacobson L. A., Wyatt D. F.: The elemental Yields and Complex Lithology Analysis From the Pulsed Spectral Gamma Log. The Log Analyst – A journal of formation evaluation and reservoir description. Jan.-Feb. 1996, pp. 50–64.
• [6] Jarzyna J., Bala M., Zorski T.: Metody geofi zyki otworowej – pomiary i interpretacja. Wydawnictwa AGH, Kraków 1997.
• [7] Kowalska S., Lewandowska A., Buniak A.: Przyczyny powstawania anomalnych wskazan profi lowania gamma (sPG) w skalach czerwonego spagowca z rejonu wyniesienia wolsztynskiego. Nafta-Gaz 2010, no. 6, pp. 425–440.
• [8] Lisieski W.: Praktyczna spektrometria promieniowania gamma w badaniach technicznych. Nowa Technika, zeszyt 70, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1967.
• [9] Lüning S., Kolonic S.: Uranium spectral gamma-ray response as a proxy for organic richness in black shales: applicability and limitations. Journal of Petroleum Geology, April 2003, vol. 26 (2), pp. 153–174.
• [10] Serra O., Baldwin J., Quirein J.: Theory, interpretation and practical applications of natural gamma ray spectroscopy. Transactions of the SPWLA 21st Annual Logging Symposium 1980, 27:Q1–Q30.
• [11] Serra O.: Fundamentals of Well-Log Interpretation (vol. 1): The Acquisition of Logging Data. Developments in Petroleum Science, 15A, Amsterdam (Elsevier), 1984.
• [12] Dobrzyński L.: Website: http://ncbj.edu.pl/zasoby/wyklady/ld_stud_podypl/04.detekcja.pdf (access: 2014).
• [13] Zalewska J., Antosz K., Cebulski D.: Badania rozkladu naturalnej promieniotworczosci rdzeni wiertniczych przy wykorzystaniu wynikow analiz rejestracji urzadzeniem Gamma Logger, pomiarow otworowych geofi zyki wiertniczej oraz pomiarow laboratoryjnych. Praca statutowa, Kraków 2012, Nr arch.: DK-4100-59/12, Zlec. wew. INiG 158/0059/12.
• [14] Zorski T.: Arkusze kalkulacyjne do przyblizonej symulacji widm naturalnego promieniowania gamma i ich dekompozycji. Niepublikowane materiały dydaktyczne, 2012.

Uwagi

EN

The publication was based on the statutory project of INiG – PIB, Kraków: Ocena dokładności wyznaczania koncentracji pierwiastków promieniotwórczych na rdzeniach skał łupkowych – order no.: 33/SW/2014.