2.5 Джерела швидких нейтронів та вплив різних факторів на покази нейтронних методів

Джерелом швидких нейтронів є порошкоподібна суміш альфа-випромінювання (полоній, плутоній або радій) і мішені (берилій або бор), запакована в герметично запаяну ампулу, яка захищена латунним кожухом.

Утворення нейтронів відбувається за наступним принципом. Ядро берилію, яке використовується в якості мішені, взаємодіючи з альфа-частинкою (⁴₂He), перетворюється в ядро вуглецю. При цьому утворюється нейтрон:

. (2.4)

За складом суміші мішені та випромінювання розрізняють наступні джерела швидких нейтронів: плутоній-берилієві (Pu+Be), полоній-берилієві (Pо+Be), радій-берилієві (Ra+Be), радій-борні (Ra+B), полоній-борні (Pо+B).

Суттєвий недолік радієвих джерел – висока інтенсивність гамма-випромінювання, що супроводжується виходом кожного нейтрона. На практиці радіометричних досліджень свердловин переважно використовують полонієві-берилієві джерела, вихід супроводжуючого гамма-випромінювання в яких на чотири порядки нижчий, ніж у радій-берилієвих. З цієї точки зору ще більш перспективно використовувати плутонієві джерела, в яких гамма-фон практично відсутній.

Ампульні нейтронні джерела мають і інші недоліки, які понижують ефективність радіометричних досліджень свердловин: загроза опромінення обслуговуючого персоналу, немонохроматичність енергетичного спектру і відносно мала енергія випромінюючих нейтронів, зміна виходу нейтронів у часі, складність створення в свердловині нестаціонарних нейтронних полів.

На практиці промислових геофізичних досліджень свердловин у якості джерел швидких нейтронів використовують свердловинні генератори нейтронів.

На покази нейтронного гамма-каротажу в значній мірі впливають водневий вміст і вміст хлору, причому по-різному: при підвищенні водневого вмісту покази інтенсивності НГК зменшуються, а при підвищенні вмісту хлору – збільшуються.

Покази нейтронного гамма-каротажу в більшій степені залежать від конструкції глибинного приладу та свердловинних умов. Диференціююча здатність НГК гірських порід за водневим вмістом зростає із збільшенням товщини та густини між джерелом нейтронів та індикатором гамма-квантів, при оточенні індикаторів кадмієвим екраном, а також при збільшенні діаметру гільзи приладу.

Із збільшенням товщини фільтруючого екрану (свинцевий) понижується вплив фону від прямого гамма-випромінювання нейтронних джерел.

При збільшенні діаметру гільзи приладу зменшується товщина шару промивної рідини в свердловині поблизу нього, що еквівалентно зменшенню діаметру свердловини.

На абсолютну величину інтенсивності реєстрації НГК основний вплив відіграє зміна товщини шару речовини, яка містить водень, – заповнювача свердловини (промивна рідина, глиниста кірка, цемент), що оточує глибинний прилад. Із збільшенням товщини даного шару величина I_n у всіх випадках понижується, причому найбільш різко напроти середовищ із малим вмістом водню. Суттєво впливає на величину I_n також зміна концентрації С_р даного розчину за хлором: із збільшенням С_р величина I_n зростає.

У випадку наявності цементного каменю інтенсивність НГК зменшується. Величина даного зниження залежить від співвідношення діаметрів колони та свердловини, товщини стінок колони та в більшій степені від ексцентриситету.

На покази нейтронного гамма-каротажу також впливає зона проникнення промивної рідини. У зв’язку з проникненням у пласт слабо мінералізованого фільтрату поглинаючі властивості гірських порід різко понижаються.

Оскільки радіус дослідження ННК-Т малий, то густина теплових нейтронів, що реєструється, залежить не тільки від нейтронних властивостей гірських порід, але і від конструктивних особливостей свердловини та приладу (співвідношення їх діаметрів), наявність або відсутність обсадних колон і цементу, наявність глинистої кірки, вміст хлору в промивній рідині, розміщення приладу в свердловині (ексцентриситет) і т.д.

Вплив всіх перерахованих факторів (за виключенням вмісту хлору в промивній рідині) на покази ННК-Т аналогічні перерахованим НГК, тільки їх ступень впливу ще більший. Якщо в НГК збільшення вмісту хлору в промивній рідині приводить до фонового підвищення гамма-випромінювання радіаційного захоплення, що реєструється, то в ННК-Т із підвищенням вмісту хлору щільність теплових нейтронів понижується, причому приблизно в однаковій ступені по всьому розрізу свердловини.

Вплив зони проникнення на результати ННК-Т аналогічний впливу на покази НГК.

На результати нейтрон-нейтронного каротажу за надтепловими нейтронами мінералізація промивної рідини практично не впливає.

Зона проникнення промивної рідини впливає на покази ННК-НТ тільки при дослідженні газоносних товщ, так як у даному випадку відбувається вирівнювання водневого вмісту в при свердловинному просторі проти газоносних, нафтоносних і водоносних пластів, тому при роботі в газовій свердловині необхідно, що вона була обсадженою і в при свердловинній зоні відновився першопочатковий розподіл водню.

Нейтронні методи використовуються для вирішення наступних задач: літологічне розчленування геологічних розрізів; стратиграфічна прив’язка відкладів; виділення пластів-колекторів; визначення коефіцієнта пористості; відбивка газорідинного та водонафтового контактів; виявлення елементів з високим перетином захоплення теплових нейтронів (бору, ртуті, хлору, вольфраму та інших); визначення коефіцієнта насичення.