У аргиллитов и песчаников

Твердая фаза

Пространственно – энергетическое и временное распределение нейтронов в минералах преимущественно определяется их химическим составом, влияющим на сечение поглощения (захвата). Определенную роль играет содержание водорода, входящего в состав минералов и связанной воды. Тенденция изменения показателей _s и L_s имеет вид:

Уменьшение _s и L_s

минералы минералы минералы минералы минералы

у глистой глинистой карбонатной силикатной рудной

группы группы группы группы группы

Жидкая фаза

Вода и нефть являются природными объектами, которые содержат много водорода. Следовательно, они являются сильными поглотителями нейтронов. Время жизни и длина замедления больше в нефтеносных пластах по сравнению с водоносными (рис. 69).

Рис. 69. Вариационные кривые времени жизни тепловых нейтронов в водоносных

И нефтеносных пластах

Минерализация воды, определяемая содержанием солей, существенно изменяет время жизни нейтронов. Особенно уменьшаются показатели τ и L_s при наличии хлора (Cl), который обладает большим сечением поглощения.

Газовая фаза

Природные газы: метан, пентан, пропан, содержащие водород, характеризуются, по сравнению с воздухом, меньшими значениями времени жизни и длины замедления нейтронов, но большими по отношению к нефти и, тем более, к воде:

Увеличение _s и L_s

В ода нефть природные газы воздух

С ростом давления значения коэффициента диффузии D и времени жизни нейтронов τ заметно уменьшаются, но они увеличиваются с повышением температуры. Изменение химического состава газа влияет на нейтронные характеристики главным образом через плотность. Чем больше δ, тем меньше τ.

Магматические породы

В магматических породах нормального ряда от кислых к ультраосновным имеет место тенденция увеличения параметров τ и L_s, что связано с одной стороны уменьшением пористости, а с другой – уменьшением содержания кремнезема, оксидов калия и натрия. Последние, то есть K и Na , являются элементами с высокими сечениями поглощения тепловых нейтронов.

В относительных единицах для _s и L_s тенденция имеет вид (рис. 70):

Рис. 70. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в щелочноземельном ряду магматических пород

По абсолютным значениям τ и L_s магматические породы относятся к разряду слабых замедлителей. Время жизни тепловых нейтронов у них составляет 800÷1000мкс, а длина замедления 35÷45 см.

Метаморфические породы

Метаморфические породы, как и магматические, относящиеся к разряду кристаллических с низкими значениями пористости, не превышающей 5%, относятся к слабым замедлителям. Показатели τ и L_s у метаморфических пород примерно такие же, как и у магматических. Тенденция закономерного увеличения этих показателей наблюдается с ростом метаморфизма.

Рис. 71. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадии метаморфизма пород

Осадочные породы

Нейтронные свойства осадочных пород по сравнению с кристаллическими имеют широкий спектр изменений. При одноименных стадиях преобразования наибольшими значениями τ и L_s характеризуются чистые кварцевые песчаники и доломиты, а наименьшими – ангидриты, гипсы, глинистые и углистые породы. Увеличение τ и L_s наблюдается в ряду от углистых к глинистым, далее карбонатным, силикатным и рудным породам:

Увеличение τ и L_s

породы породы породы породы породы

у глистой глинистой карбонатной силикатной рудной

группы группы группы группы группы

Процессы окаменения пород приводят к увеличению τ и L_s в соответствии с уменьшением пористости. Наибольшие изменения этих показателей происходят у терригенных (песчаники, алевролиты, аргиллиты) и наименьшие у хемогенных (известняки, мергели, доломиты) пород. Тенденция изменения τ и L_s для терригенных пород показана на рисунке 72.

Рис. 72. Тенденция изменения времени жизни и длины замедления нейтронов в зависимости от стадий преобразования терригенных пород

В осадочных породах наличие газа и нефти в поровом пространстве увеличивает время жизни нейтронов по сравнению с водоносным пластом, так как в воде больше водорода.

Скважинные приборы НК

Скважинные приборы НК имеют конструкцию зондовых устройств, подобную приборам ГГК (рис. 73). Источник нейтронов является ампульным и во время каротажа подсоединяется к прибору вместе с хвостовиком. Последний хранится и перевозится в специальном защитном устройстве (как и в методах ГГК должны соблюдаться меры безопасной работы с радиоактивными веществами).

Разновидности (модификации НК) зависят главным образом от типа детектора и окружающих его фильтров. В ННК-Т детектором служит гелиевый счетчик.

Рис. 73. Схема зондов нейтронных

методов каротажа

Метод чувствителен к содержанию хлора (Cl). Результаты сильно зависят от РН пластовой воды. В ННК-НТ детектор также гелиевый счетчик, но он окружен кадмиевыми фильтрами, поглощающими тепловые нейтроны, поэтому метод более тесно связан с водородосодержанием, нежели метод ННК-Т. В НГК и СНГК детекторами являются сцинтилляционные счетчики, как и в методах ГК и ГГК. Методы чувствительны к содержанию хлора, бора, лития, кадмия, кобальта и др.

При исследовании нефтяных и газовых скважин наиболее широко используется метод НГК, поскольку он обладает большей глубинностью. Однако при высокой минерализации пластовых вод и промывочной жидкости целесообразно применение ННК-Т и ННК-НТ. Эти методы имеют преимущества перед НГК и в том, что их показания свободны от влияния естественного гамма-излучения и гамма-излучения источников нейтронов. Длина зондов в методах ННК-Т и ННК-НТ выбирается равной 0,4-0,5 м. Глубиность исследований составляет 20-30 см, в то время как в методе НГК и СНГК она достигает 40-60 см.

Каротаж СНГК

СНГК основан на изучении спектра гама-излучения радиационного захвата. Определяются преимущественно элементы, имеющие сравнительно жесткий спектр и высокое макроскопическое сечение захвата. Это Fe, Ni, Cr, Ti, Cl, Mn, Cu, S, Hg и др. В нефтегазовых скважинах СНГК имеет ограниченное применение, так как глубинность метода не превышает 20 см.

Многозондовый каротаж НК

НК основан на определении декремента пространственного затухания плотности тепловых нейтронов в скважине с помощью двух или более детекторов, расположенных на различном расстоянии от источника.

Импульсный нейтронный каротаж (ИНК)

ИНК основан на облучении горных пород потоком быстрых нейтронов и регистрации тепловых нейтронов, гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ), а также гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР). ИНК имеет несколько модификаций, основными из которых являются импульсный нейтрон-нейтронный каротаж (ИННК) и импульсный нейтронный гамма каротаж (ИНГК).

ИННК и ИНГК основаны на изучении процесса спада плотности тепловых нейтронов во времени от периодически возбуждаемых коротковолновых импульсов генератора нейтронов при частоте поля f = 10-500 Гц и гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ). После некоторой задержки (t₃) регистрируют число импульсов во временных (Δt) окнах (рис. 74). По значениям числа импульсов в нескольких окнах находят параметры временного распределения. При достаточном числе временных окон (8-16) вид распределения удается восстановить с высокой детальностью.

Рис. 74. Схема возбуждения и измерения импульсов в методе ИННК

t - время следования импульсов нейтронов, Δt_g – длительность нейтронных импульсов, Δt – окно временного анализатора, t₃ – время задержки

Современная цифровая аппаратура позволяет зафиксировать весь процесс спада, начиная с некоторой задержки. Зонды ИНК отличаются от зондов НК наличием импульсного, а не стационарного источника нейтронов. Наземная аппаратура содержит многоканальный временной анализатор. Преимущества методов ИНК в том, что снижается влияние скважины, так как время жизни в ней нейтронов (τ_с), меньше времени их жизни в пласте (τ_пл).