Нейтронный гамма-каротаж

НГК основан на измерении характеристик гамма-излучений, возникающих в процессе поглощения нейтронов в горных породах при их облучении внешним источником тока (см. рис. 64, в). Общая интенсивность гамма-излучения, регистрируемая при НГК, слагается из трех компонент:

1. интенсивности гамма-излучения, возникающего в результате радиационного захвата нейтронов ядрами породы (радиационное или вторичное гамма-излучение), I_nγ;

2. гамма-излучения источника нейтронов, которое воздействует на индикатор непосредственно или вследствие облучения стенок скважины гамма-лучами, часть которых рассеивается породой в направлении индикатора I_γγ; для ослабления непосредственного гамма-излучения от нейтронного источника между ним и индикатором устанавливается свинцовый экран;

3. естественного гамма-излучения I_γ, обусловленного естественной радиоактивностью породы. Влияние естественного гамма-излучения при количественных определениях учитывается по данным ГК.

Гамма-излучение I_nγ является наиболее важной составляющей, величина которой значительно превышает I_γγ и I_γ. Форма кривой и измеряемые НГК величины при мощностях источников (5÷10)·10⁶ нейтр./с определяются главным образом интенсивностью радиационного захвата I_nγ.

При исследовании зондами, длина которых превышает длину инверсионного зонда (см. рис. 68), плотность нейтронов в зоне размещения детектора в среде с большим водородосодержанием мала, поскольку в такой среде нейтроны замедляются, поглощаются в основном вблизи источника, и зоны размещения детектора достигает небольшое их число. Породы с высоким водородосодержанием на диаграммах НГК отмечаются низкими показаниями. В малопористых породах с низким водородосодержанием плотность нейтронов вблизи детектора увеличивается, что вызывает повышение интенсивности радиационного захвата, а следовательно, показаний НГК.

На результаты НГК значительное влияние оказывают элементы, обладающие аномально высокой способностью захвата нейтронов. К таким элементам относятся хлор, бор, литий, кадмий, кобальт и др. При захвате нейтрона ядром атома водорода ¹Н превращается в дейтерий ²Н и испускает 1γ-квант энергией 2,23 МэВ; при захвате ядром атома хлора образуется изотоп ³⁶Сl, при этом излучается в среднем 3,1γ-кванта с суммарной энергией около 8 МэВ. Благодаря присутствию хлора в высокоминерализованной пластовой воде повышается интенсивность I_nγ и спектр гамма-излучений обогащается высокоэнергетическими компонентами (с энергией 8,5 МэВ). В результате показания НГК против водоносной части продуктивного пласта могут быть завышены по сравнению с показаниями против нефтеносной его части. Эту особенность кривой НГК можно использовать для установления водонефтяного контакта (ВНК) и прослеживания его в процессе эксплуатации залежи нефти в однородных песчаных пластах, имеющих постоянный литологический состав и пористость, содержащих высокоминерализованную (более 100 г/л) пластовую воду (см. § 48).

По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы — большого и малого водородосодержания.

К первой группе пород относятся глины, характеризующиеся высокой влагоемкостью (пористостью) и содержащие значительное количество минералов с химически связанной водой (водные алюмосиликаты), гипсы, отличающиеся малой пористостью, но содержащие химически связанную воду, а также некоторые очень пористые и проницаемые породы-коллекторы, насыщенные в естественных условиях водой или нефтью. При измерениях зондами большой длины (L≥40 см) на диаграммах НГК эти породы отмечаются низкими показаниями радиационного гамма-излучения.

Во вторую группу пород входят малопористые разности — плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, а также гидрохимические образования (ангидриты и каменная соль). На диаграммах НГК, зарегистрированных зондами большой длины, эти породы выделяются высокими показаниями. Против других осадочных пород (песков, песчаников, пористых карбонатов) показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода и хлора (насыщенности водой различной минерализации, нефтью или газом) (см. § 48).