58. Физ.Основы импульсных нейтронных методов. Аппаратура для проведения инм.
Применяется импульсный генератор n, при котором порода облучается кратковременными во времени потоками быстрых n через определенное время Т.
Т=10-1-10-3 1/c
В однородной среде непосредственно после излучения импульса быстрых n они взаимодействуют с породой, теряют свою Е, превращаются в тепловые. Плотность тепловых n вначале возрастает, через некоторое время t0 настигает теплового равновесия (мах), затем начинают поглощаться. nt=nt0e-t/τ, t – время задержки, t0 – время мах плотности тепловых n, τ – среднее время жизни. λ=1/ τ – декремент затухания. Плотности тепловых n изменяются во времени по экспот. закону, т.е. на каждые t секунд плотность n уменьшается в е раз.
ИНГМ
Измеряют плотность γ-излучения радиационного захвата. Уменьшение γ-квантов радиационного захвата во времени происходит по тому же самому закону. Последовательно изменяя tγ, можно получить зависимости nt=f(tз) и Inγ=f(tз). Интерпретация этих зависимостей позволяет определить n сво-ва г.п.: τ, Σз.
ИННМ
Регистрируем плотность тепловых n при неизменном расстоянии между мишенью генератора n и индикатором и при нескольких фиксированных величинах tγ и Δtзамера. Плотность тепловых n зависит от замедляющих и поглощающих свойств среды. Замедляющие сво-ва хар-ся параметрами Д, Ls; поглощающие – τ.
Замедление быстрых n и превращение их в тепловые происходит в течение нескольких единиц и первых десятков мкс. Процессы диффузии и захвата тепловых n длятся сотки мкс, поэтому в ИННМ время задержки tз выбирают от нескольких сотен до 2000 мкс. В течение времени можно охватить весь период жизни тепловых n. Поскольку обычно tз>500 мкс, плотность не зависит от Ls. Д в г.п. изменяется в небольших пределах 0.4*10-5-3*10-5 см2/с. Он зависит от Н-содержания пород и практически не зависит от Св (от Сl-содержания). τ в г.п. изменяется 4.6-1065 мкс.
В ИНМ время испускания импульсов Δt и Δtзамера выбирают как можно больше, чтобы увеличить скорость счета, но эти величины не должны превышать τ в исследуемых породах 100-200 мкс. Скорость регистрации диаграмм определяется величиной постоянной времени интегрирующей ячейки τя, мин толщиной пласта и скоростью счета, и составляет 100-200 м/час. Располагая 2 замерами nt, проведенных через t1 и t2 можно определить τ и Σз.
nt1=nt0e-t1/τ, nt2=nt0e-t2/τ, nt1/nt2= e-t1/τ/e-t2/τ => 1/τ=(lnnt1-lnnt2)/(t2-t1)=λ. τ=1/ Σзv => Σз==(lnnt1-lnnt2)/v(t2-t1).
Времена задержек t1 и t2 выбирают с таким расчетом, чтобы основная часть захвата n приходилась на породу, а раннее влияние скв было исключено. В общем случае для двух сред с разным Н-содержанием, когда Д1≠Д2, и с разными поглощающими сво-вами, когда τ1≠ τ2, отношение плотности тепловых n для этих сред определяется:
Если взять 2 пласта
в одинаковой пористостью, т.е. Д1=Д2, но
с разным хар-ром насыщения, то
.
Если tз ∞, то nн/nв∞. По техническим причинам tз<=2000 мкс и для породы с Кп=20% nн/nв=10-50. В стац. нейтр методах nн/nв=2-3.
2 варианта записи
диаграмм НМ: непрерывная запись (получают
непрерывные диаграммы для 2-3 каналов с
разными значениями tз.
Расчет микроскоп.сечения захвата или
τ
проводят аналог.образом) и запись по
точкам (с неподвижным прибором в 1 точке
производят измерение интенсивности
при разных tз)график.,
определяют τ
по углу наклона. τ
=(t2-t1)/(lnI1-lnI2).
Характер зависимости nt=
f(tз)
различен в породах с разным Сl-содержанием.
(d
от линии генератора n
до индикатора =Lз).
Особенность ИНМ, что Rи зависит от Д и tз. Д связан с Н-содержанием, причем связь Д и Н-содержание (W) меньше, чем Н-содержание, тем> Rи. поэтому для реальных условий Rи =60-70см. ИНМ имеют большие Rи по сравнению со стац. НМ – 2-ая особ-ть. Расчленяющая способность зависит ИНМ от длины зонда d мишени генератора n до индикатора. Lз=30см(нефт.скв); Lз=50см(газ.скв).
По данным ИНМ можно выделить прослои от 30 см и выше – пололжит.кач-во ИНМ.
Точки записи кривых условно относятся к миним.влияниям различных ф-ров на показания импульс. n метода. Таких как положение прибора в скв, обсад.колонны, цементного камня, ЗП фильтрата, подчинено тем же законам, что и в стац. НМ. Однако при достаточно больших tз влияние скв условий на характер временного распределения плотности тепл. n гораздо меньше, чем в стац.НМ.
Влияние факторов:
1. dскв: с увеличением dскв диф-ция и глубинность метода изменяется.
2. Проникновения фильтрата: если глубина проникновения >Rи, то определение n параметров пласта искажается. Благоприятный ф-р, когда τп>τс, т.е. в этом случае опред-ся n-поглощающие св-ва пласта, а в противном случае, т.е. τп<τс мы определяем св-ва скв и определение ИНМ мало информативно.
3. Минерализация промывочной ж-ти.
Минерализация явл экраном для потока тепл n, направляемых из пласта в скв, т.е. влияние р-ра в этом случае можно отождествить с влиянием колонны.
Аппаратура ИНМ
В скважинном приборе размещается импульсный генератор n, индикатор тепловых n (или γ - квантов) и другие блоки, имеющиеся во всех радиометрах. Наземная часть аппаратуры включает источники питания и панель управления с временным анализатором. Источником быстрых n является ускорительная трубка, в которой для получения быстрых нейтронов используется ядерная реакция в мишени трития Т (сверхтяжелого изотопа водорода 3Н), бомбардируемой ускоренными ядрами дейтерия D (тяж.изотопа водорода 2Н). При этом осущ.синтез ядер гелия 4Не (альфа-частиц), сопровождаемый испусканием нейтронов с энергией 22.6*10-13Дж. В настоящее время для исследования нефтяных и газовых скв.импульсным нейтронным каротажем применяется несколько типов аппаратуры ИГН-6, ИГН-4, «СЯГА» и др.