34 Вопрос

НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ

Метод ГИС, основанный на облучении горных пород стационарным потоком быстрых нейтронов и регистрации тепловых нейтронов, надтепловых нейтронов или -квантов радиационного захвата называют нейтронным каротажем (НК).

Модификации НК

Существует нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам (ННК-НТ), нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым, нейтронам (ННК-Т), интегральный нейтронный гамма-каротаж (НГК) и спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (СНГК).

Скважинные приборы нейтронных методов приблизительно аналогичны (рис.).

В общем случае они содержат: хвостовик / с ампульным источником быстрых нейтронов 2 (при перевозке и хранении хвостовик с источником помещают в защитный контейнер); исключающие прямое облучение детектора экран-замедлитель 3 из водородсодержащего материала и экран-поглотитель 4 из свинца; детектор 5 нейтронов или 7-квантов; детектор 6 у-квантов естественного излучения; электронную схему 7. Таким образом, приборы предназначены для одновременного проведения НК и ГК.

Протяженность детекторов и наличие в скважинном приборе экранов приводят к

тому, что детектор 4 расположен за точкой инверсии. Поэтому среды с большой кон-

центрацией замедлителей, например пористые нефтеносные пласты, отличаются на

диаграммах нейтронных методов пониженными показателями, а пласты плотные, низ-

копористые — повышенными. Зонды нейтронных методов, детекторы в которых рас-

положены за точкой инверсии, называют заинверсионными.

Модификация НК зависит главным образом от типа детектора и окружающих его фильтров. В измерительных установках ННК-Т применяют гелиевые, реже сцинтилля-

ционные • счетчики. Регистрируемая скорость счета обусловлена в основном потоком тепловых нейтронов. В измерительных установках ННК-НТ счетчики окружают кадмиевыми фильтрами, поглощающими тепловые нейтроны. В аппаратуре НГК применяют сцинтилляционные, реже газонаполненные детекторы

у-квантов, в спектрометрической аппаратуре СНГК — высококачественные пропорциональные сцинтилляционные детекторы. В некоторых случаях применяют полупроводниковые детекторы (ППД), обеспечивающие значительно более высокое энергетическое разрешение. Однако ППД требуют охлаждения, что существенно усложняет конструкцию приборов и технологи^ проведения измерений.

Важным параметром аппаратуры НК является длина зонда Lз — расстояние от середины источника до середины детектора (для многозондовых приборов — до начала детектора).

Физические основы

Показания нейтронных методов зависят от замедляющих, поглощающих и излучающих свойств породы. Рассмотрим па- раметры, обусловливающие эти свойства.

Длина замедления нейтронов Ls. Видно, что длина замедления определяется коэффициентом пористости пород, т. е. связана с их водородсодержанием; влияние литологии существенно меньше. Для

большинства породообразующих минералов, не содержащих кристаллизационной воды, различия в значениях Ls незначительны. При этом они обусловлены не только разными замедляющими свойствами элементов, входящих в минералы, но и различием плотностей.

В горных породах, поры которых насыщены водой, нефтью и газом, общее содержание водорода оценивают водородным индексом (ВИ), который равен отношению объемной концентрации водорода в данной среде к его концентрации в пресной

воде при нормальных условиях. тот параметр именуют также

эквивалентной влажностью . Для пресной воды эквивалентная

влажность в=1. Для нефтей н ~ в=1.

Для чистых, не содержащих химически связанной воды пород, насыщенных водой и нефтью с водой:

т. е. ВИ таких пород равен их пористости. Для газа г<в~н. Поэтому Ls в газонасыщенных коллекторах при прочих равных условиях больше, чем в водонефтенасыщенных. Для газонасыщенного пласта:

Среднее время жизни тепловых нейтронов .С увеличением содержания элементов с высоким сечением поглощения  снижается. Аномально низкие значения

 характерны для хлоридов, низкие — для минералов железа, сульфатов, калиевых полевых шпатов, калий- и железосодержащих глинистых минераловю.

Коэффициент диффузии тепловых нейтронов D зависит в первую очередь от

водородсодержания среды, уменьшаясь по мере его роста.

Длина диффузии тепловых нейтронов— Lд. Будучи функцией D и  величина Lд зависит как от замедляющих, так и от поглощающих свойств среды. С ростом содержания водорода и числа элементов с высоким сечением поглощения величина Lд снижается.

Излучающая способность горных пород  представляет собой среднее число -квантов, образующихся при радиационном захвате одного нейтрона.

Параметры миграции—суммарная длина миграции тепловых нейтронов Ln в процессе их замедления и диффузии и суммарная длина миграции нейтронов и гамма-излучения радиационного захвата Lnv определяются соотношениями:

радиус исследования у ННМ-НТ меньше, чем у ННМ-Т, а у ННМ-Т — чем у НГМ.

Нейтронные методы позволяют решать следующие задачи: литологическое расчленение разреза; определение пористости пород; определение положения газожидкостного контакта. Методы ННМ-Т и НГМ позволяют определить местоположение водонефтяного контакта при значительной минерализации пластовых вод и небольшой зоне

проникновения, а также в обсаженных скважинах на основе наблюдений за расформи-

рованием зоны проникновения. Методы ННМ-НТ и ННМ-Т применяют при поисках

угольных пластов (уголь содержит до 12 % водорода) и для выделения пород с высоким содержанием бора.