Нейтронний гамма-каротаж (нгк)
Метод НГК базується на вимірюванні характеристик поля γ-випромінювання, яке виникає під впливом зовнішнього стаціонарного джерела нейтронів.
Загальна величина γ - випромінювання, яка реєструється при НГК, складається з трьох компонент:
γ-випромінювання від радіаційного захоплення нейтрона ядрами атомів породи (вторинне випромінювання);
γ-випромінювання від джерела нейтронів;
γ-випромінювання від природної радіоактивності гірських порід.
Останню третю складову ми можемо врахувати якщо є гамма-каротаж по всьому розрізу свердловини. У загальному випадку на практиці перша складова є основною, і вона за своєю інтенсивністю значно перевищує другу і третю складові разом узяті.
Інтенсивність гамма-випромінювання радіаційного захоплення, в основному, залежить від кількості нейтронів, які поглинаються одиницею об’єму гірської породи та довжини зонда. Кількість нейтронів, які поглинаються одиницею об’єму породи, пропорційна густині теплових нейтронів, яка залежить від сповільнюючих і поглинаючих властивостей породи. Як згадувалось вище, дані дві властивості визначаються, в основному, водневим вмістом та вмістом елементів із високим січенням захоплення нейтронів у навколишньому середовищі.
Нейтронний гамма-каротаж проводиться за допомогою свердловинної установки, яка включає джерело нейтронів і розміщений на відстані довжини зонда Ln індикатор гамма-випромінювання (Рис. 3.11).
Р – радіометр; О – точка запису; Ln – довжина зонда;
1 – індикатор; 2 – джерело; 3 – свинцевий екран;
4 – парафіновий екран
Рисунок 3.11 – схема свердловинного пристрою нейтронного гамма-каротажу
На величину інтенсивності вторинного гамма-випромінювання суттєво впливає довжина зонда. При малих довжинах із збільшенням об’ємного водневого вмісту гірських порід інтенсивність зростає, при великих зондах – спадає.
Зміна розміру зонда впливає на глибинність дослідження нейтронного гамма-каротажу. Із збільшенням розміру зонда глибинність зростає, потім досягає деякого максимального значення і починає зменшуватись. На практиці радіометричних робіт у якості стандартного зонда НГК переважно використовують заінверсійний зонд проміжного розміру – 60 см.
Глибинність дослідження нейтронного гамма-каротажу невелика – 20-40 см, причому вона зменшується із підвищенням об’ємного водневого вмісту гірських порід і вмісту в них елементів з аномально високим січенням радіаційного захоплення теплових нейтронів.
На результати НГК впливають також елементи, що володіють високою здатністю захоплення теплових нейтронів: хлор, бор, літій, кадмій, кобальт і ін..
За нейтронними властивостями осадові породи діляться на дві групи – великого вмісту водню та малого вмісту.
До першої групи відносяться: глини, гіпс, пористі пісковики, пористі вапняки і виділяються вони на діаграмах НГК мінімумами.
До другої групи відносяться: мало пористі вапняки і доломіт, зцементовані пісковики і алевроліти, ангідрити і кам’яна сіль – вони виділяються на діаграмах НГК високими показами (максимумами).
Нафтоносні і водоносні пласти містять майже однакову кількість водню, тому за НГК нафтоносні і водоносні (слабомінералізовані) пласти позначаються однаково.
Газоносні пласти в обсадженій свердловині відмічаються за НГК більш високими показами ніж такі ж самі за літологією пласти, але заповнені нафтою або водою.
Нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах (ННК-Т)
Метод густини теплових нейтронів (ННК-Т) полягає в дослідженні інтенсивності теплових нейтронів у розрізі свердловин на заданій відстані (довжині зонда) від джерела швидких нейтронів, які в результаті сповільнення породоутворюючими елементами перетворились у теплові.
Густина теплових нейтронів визначається також кількістю нейтронів, які сповільнились до теплової енергії, кількістю нейтронів, які поглинулись середовищем, а також довжиною зонда. Тому, як і в НГК, інтенсивність теплових нейтронів у ННК-Т залежить від сповільнюючої та поглинаючої властивостей гірської породи, тобто від водневого вмісту та наявності елементів з високим січенням захоплення теплових нейтронів. Вплив елементів з високим січенням захоплення теплових нейтронів обумовлений величиною січення захоплення, а також концентрацією в гірських породах елементів, що поглинають, і не залежить від емісійної властивості останніх при захопленні теплових нейтронів. Завдяки цьому ННК-Т більш чутливий до вмісту елементів, що поглинають теплові нейтрони (хлор, бор, кадмій та інші), ніж НГК.
При проведенні ННК-Т довжини зондів можуть бути до інверсійними, інверсійними та за інверсійними.
Свердловинний прилад ННК-Т відрізняється від НГК тим, що у ньому в якості детектора використовується індикатор теплових нейтронів, а фільтром для ослаблення прямого гамма-випромінювання і нейтронного випромінювання джерела служить не один свинець, а речовини із більшим січенням захоплення швидких і теплових нейтронів, переважно використовується парафін-свинцевий екран висотою 10-15 см.
У якості індикатора густини теплових нейтронів використовують пропорційні газорозрядні або сцинтиляційні лічильники із цинку збагаченого сіркою – ZnS(Cu) або ZnS(Ag).
Покази зондів ННК-Т залежать від водневого вмісту та за глибиною дослідження вони аналогічні зондам НГК. Оптимальною довжиною зонда ННК-Т при вивченні нафтових і газових свердловин вважається 30-40 см; вона визначає глибину дослідження 20-30 см.
Нейтрон-нейтронний каротаж по надтеплових нейтронах (ННК-НТ)
Метод густини надтеплових нейтронів (ННК-НТ) базується на реєстрації інтенсивності надтеплових нейтронів по розрізу свердловини, які виникають при опроміненні гірської породи джерелом швидких нейтронів.
Густина надтеплових нейтронів визначається сповільнюючими властивостями (водневим вмістом) середовища і практично не залежить від поглинаючих властивостей (наявність елементів із високим січенням захоплення теплових нейтронів). У цьому є переваги даного методу над іншими нейтронними методами дослідження свердловин.
Густина надтеплових нейтронів визначається також і довжиною зонда. Зонди, які використовуються в ННК-НТ, поділяються на до інверсійні, інверсійні та за інверсійні. Розміри до інверсійних та інверсійних зондів на небагато менші зондів ННК-Т. Це пояснюється тим, що в ННК-НТ залежність густини надтеплових нейтронів від водневого вмісту при різних довжинах зондів визначається тільки довжиною сповільнення теплових нейтронів, у той час як в ННК-Т вона обумовлена, крім того, коефіцієнтом дифузії, довжиною дифузії та часом життя теплових нейтронів.
Зв’язок густини надтеплових нейтронів із водневим вмістом при різних довжинах зондів такий же, як і в НГК і ННК-Т.
Свердловинна вимірювальна установка ННК-НТ відрізняється від свердловинного приладу ННК-Т лічильником реєстрації частинок. Індикаторами надтеплових нейтронів служать пропорційні бор-фторові газорозрядні лічильники та сцинтиляційні лічильники теплових нейтронів (люмінофори типу ЛДН), оточені ззовні парафін-кадмієвим або парафін-борним фільтром. Принцип роботи таких лічильників полягає в наступному. Із навколишнього середовища на свердловинний прилад надходять нейтрони теплових і надтеплових енергій. Теплові нейтрони поглинаються кадмієм або бором, який є зовнішнім покриттям таких індикаторів. Надтеплові нейтрони, безперешкодно пройшовши зовнішній екран, сповільнюються парафіном до теплових енергій та реєструються індикатором, так само як і в ННК-Т.
Переважно при радіометричних дослідженнях розрізів свердловин використовуються за інверсійні зонди (25-40 см). Радіус дослідження ННК-НТ менший ніж в НГК і ННК-Т, тому свердловинні умови ще в більшій степені впливають на інтенсивність надтеплових нейтронів, яка реєструється.
Методи ННК-Т і ННК-НТ вільні від впливу природного γ-випромінювання та від γ-випромінювання джерела нейтронів.
Довжина зондів в цих методах вибирається 0,4-0,5 м. Для цього виду каротажу характерна мала глибина дослідження, яка залежить від властивостей порід і вмісту в них водню і дорівнює 0,2-0,3 м. Якнайменший радіус дослідження має метод ННК-НТ, оскільки область розповсюдження надтеплових нейтронів менше ніж теплових.
Нейтронні методи із стаціонарним джерелом дають можливість виділяти в розрізі свердловини: глини, щільні породи і ділянки підвищеної пористості. У експлуатаційних обсаджених свердловинах нейтронні методи застосовуються для визначення місцеположення газорідинного і водонафтового контактів.
У обсаджених свердловинах ефективність нейтронних методів знижується. Покази методу дуже сильно залежать також від мінералізації промивної рідини.