10. Импульсные нейтронные методы
Импульсные нейтронные методы (ИНМ) основаны на использовании управляемого электрофизического источника (генератора) нейтронов, работающего в импульсном режиме, В зависимости от регистрируемого излучения эти методы делятся на импульсный нейтрон-нейтронный (ИННМ) и импульсный нейтронный гамма (ИНГМ) методы. В первом случае регистрируется нестационарный поток нейтронов, рассеянных в породах, окружающих скважину. Во втором - нестационарный поток “мгновенного” гамма-излучения, сопровождающего взаимодействия нейтронов с ядрами пород. Отдельно выделяется импульсный нейтронный активационный метод (ИНАМ), при котором регистрируется “задержанное” нейтронное или гамма-излучение, возникающее при распаде ядер, активированных первичными нейтронами. Модификации и аппаратурные реализации ИНМ отличаются числом детекторов в системе регистрации; возможностью спектрометрии (тепловые или надтепловые нейтроны, интегральный поток или энергетический спектр регистрируемого гамма-излучения).
ИНМ широко применяют при геофизических исследованиях скважин на месторождениях нефти и газа, в меньших объемах — на месторождениях твердых полезных ископаемых, при исследованиях гидрогеологических и технологических скважин. Наиболее распространены двухзондовый ИННМ по тепловым нейтронам и интегральный ИНГМ.
Впервые идея ИНМ была высказана в 1956 году (Г.Н.Флеров, Б.Г.Ерозолимский). К этому времени наряду с большими успехами развития и применения нейтронных методов с радионуклидными источниками выяснились их недостатки и ограничения. Проблема обеспечения радиационной безопасности ограничивала мощности применяемых источников. Одновременно влияние на показания замедляющих и поглощающих нейтронных свойств горных пород приводило к неоднозначности интерпретации результатов измерений. Достигаемая чувствительность к поглощающим нейтронным свойствам горных пород обуславливает возможность разделения нефте- и водонасыщенных пород, лишь при высокой минерализации пластовых вод (С>100-150 г/л). Сильное влияние ближней зоны снижало эффективность использования ННМ в обсаженных скважинах, особенно при их многоколонной конструкции.
Рис.10.1. Распределение плотности тепловых нейтронов пт от импульса быстрых шириною T ; T – время задержки.
Г.Н.Флеров и Б.Г.Ерозолимский, основываясь на общих физических представлениях, указывали на то, что замена радионуклидного (стационарного источника нейтронов на управляемый (импульсный) снимет многие ограничения нейтронного каротажа, значительно расширит его методические возможности. Очевидным было в этом случае решение проблемы радиационной безопасности, которая обеспечивалась “выключением” источника нейтронов во “внерабочее “ время. Это позволяло наращивать “рабочую” мощность источника, обеспечивая, тем самым, возможность осуществить “временную развертку” процессов замедления и диффузии нейтронов, что сулило целый ряд методических преимуществ и новых возможностей. В частности, появлялась возможность отдельно выделить влияние замедляющих и поглощающих нейтронных свойств горных пород на результаты измерений и, следовательно, более однозначно оценивать пористость и водонефтенасыщенность коллекторов. Учитывая, что поглощение тепловых нейтронов в скважине, в большинстве случаев, происходит более интенсивно, чем в породах, ожидалось уменьшение влияния скважины и увеличение глубинности исследований при измерениях на достаточно больших временах после нейтронной “вспышки” источника. Можно было рассчитывать и на существенное, по сравнению со “стационарными” нейтронными методами, увеличение чувствительности к характеру насыщения коллекторов.