9. Стационарные нейтронные методы

9.1. Закономерности распределения нейтронов в системе скважина – пласт

Закономерности распределения нейтронов в системе прибор - скважина – пласт — это те закономерности, которым подчиняются показания нейтронных методов в раз­личных геотехнических условиях. Знание этих закономерностей необходимо для оптимизации конструкций глубинных приборов, разра­ботки методик измерений, способов и алгоритмов интерпрета­ции. Гетерогенная в целом система скважина — пласт представляет собой сово­купность цилиндрических зон, характеризующихся (иногда с некоторым приближением) радиальной однородностью физи­ческих свойств: корпус глубинного прибора; слой глинистого раствора, окружающего прибор; обсадная колонна; цементное кольцо; глинистая корка; зона внутренней глинизации; зона проникновения глинистого раствора в пласт; неизмененная часть пласта.

Наиболее характерной особенностью методов радиометрии скважин является очень сильное влияние изменений скважин­ных условий (при фиксированных свойствах исследуемого пла­ста) на показания детекторов нейтронного и гамма-излучения. В системе скважина — пласт детектор находится в пространственной области, отличающейся резким изменением плотности потока излучения в осевом и радиальном направле­ниях. На показания детектора влияют свойства пласта, кон­струкция и заполнение скважины, конструкция прибора, поло­жение его (и колонны) в скважине и радиальное изменение физических свойств в прискважинной зоне пласта. Учет влияния радиальной неоднородности прискважинной зоны пласта и параметров самой скважины — одна из сложнейших задач, которые возникают при количественной интерпретации резуль­татов исследований скважин методами ядерной геофизики (как со стационарными, так и с импульсными источниками).

Рис. 9.1 а, б, в. Линии равных скоростей счета (lg N) нейтронов в плоскости, проходящей через ось скважины:

а — для индиевых нейтронов (E = 1,46 эВ) в песчаном пласте и необсаженной скважине (по А. В. Золотову), скважина сухая, m=35 %; б — скважина заполнена водой, т=7 %. Диаметр скважины d_c =200 мм, диаметр прибора d_пр =100 мм; в — то же для резонансных нейтронов (E=4,9 эВ) в пласте известняка с m=30 % (по О. А. Барсукову, В. С. Авзянову и В. Н. Иванову). Вертикальными линиями обозначены стенки прибора и скважины; d_с =200 мм, d_пр=100 мм.

В изучении закономерностей поля излучения в системе прибор — скважина — пласт многие важные результаты впервые были получены с помощью методов физического и математического моделирования. Однако многопараметрический анализ показаний детектора при необходимости учета большого числа цилиндрических зон, физические параметры которых могут из­меняться в широких пределах, вызывает большие трудности при решении соответствующих прямых и обратных задач даже при использовании современных ЭВМ и мощных вычислительных алгоритмов.

Тщательные физические эксперименты на натурных моделях пластов, впервые выполненные А.В.Золотовым в 1952—1955 гг., показали, что строение полей надтепловых и тепловых нейтронов в системе скважина — пласт существенно изменяется при изменении не только свойств пласта, но и скважинных условий (рис. 54).

Рис.9.2. Влияние изменения конструкции и заполнения скважины на характер зависимости показаний ННМнт от водонасыщенности песча­ного пласта (по Б. М. Бурову, Г. Н. Дарвойду и др.). Размер зонда Z=50 см; источник Ро—Be, dс =300 мм. ; 1 — сухая необсаженная сква­жина; 2 — сухая обсаженная скважи­на (диаметр колонны dK(MI=150 мм); 3 — обсаженная скважина, заполненная во­дой

Рис.9.3. Влияние изменения размера зонда, диаметра и заполнения необсаженной скважины на характер зависимости показаний НГМ от водонасыщенности пласта известняка (по И. Т. Дивану). Источник Ra—Be: диаметр скважины 255 мм. (1) и 150 мм. (2).I—скважина сухая, размер зонда Z=50 см; II — то же, Z=66 см; III — скважина заполнена во­дой, Z=50 см.

По данным измерений О.А.Барсукова и В.С.Авзянова, в осевом и радиальном направлениях поле спадает немонотонно (рис. 55). В плоскости источника, перпендикулярной к оси скважины, наблюдаются локальные максимумы. Последующие эксперименты Д. И. Лейпунской с сотрудниками подтвердили эти результаты.

Следствием высокой чувствительности поля медленных нейтронов к изменению физических и геометрических параметров системы прибор — скважина — пласт является резкое изменение характера зависимости показаний нейтронных методов (по надтепловым и тепловым нейтронам и нейтронного гамма-метода) от водонасыщенной пористости пласта с изменением конструкции и заполнения скважины (см. рис. 56, 57).