Нейтронныйкаротаж. Модификации. Физические основы. Основные элементы аппаратуры. Технология работ.

Методы, при которых горная порода облучается нейтронами высоких энергий, носят название нейтронных. При взаимодействии со средой нейтроны теряют энергию за счет рассеивания при соударении с ядрами горной породы (переходят надтепловые и тепловые нейтроны) и в конце концов захватываются ядрами элементов с испусканием гамма-кванта. Показания нейтронных методов почти однозначно связанны с концентрацией водорода (водородосодержанием), который содержится преимущественно в воде и углеводородах.

В зависимости от модификации нейтронного каротажа в скважине регистрируется скорость жизни нейтронов (метод ННК) или интенсивность вторичного гамма-излучения (метод НГК). По градуировочным зависимостям, представляющим собой связи отношения скоростей жизни в измерительных каналах малого и большого зондов, нормированных к показаниям в эталонной среде, от объемного водородосодержания (пористости) известняка, определяется нейтронная пористость пород. Градуировочные зависимости имеют нелинейный характер, однако при регистрации нейтронной пористости используется линейная связь. При цифровой записи показаний поправка за нелинейность вводится автоматически.

Нейтрон является электронейтральной частицей с массой, примерно равной массе протона. В зависимости от энергии нейтроны делятся на медленные Е<1Кэв, средние 1Кэв<Е<500Кэв, быстрые 0,5<Е<10Мэв, очень быстрые 10<Е<50Мэв и сверхбыстрые Е>50Мэв. В ядерной геофизике используются электроны <50Мэв. Широкое применение получили:

1) быстрые (более 0,5 МэВ);

2) промежуточные (от 1 кэВ до 0,5 МэВ);

3) медленные (от 0,1 кэВ до 1 кэВ);

4) надтепловые (от 0,1 до 1 эВ);

5) тепловые (0,025 эВ).

Эффективное сечение относится к единице объема, называемое макроскопическим значением Σ=nσ см^-1.

Полное нейтронное эффективное сечение σ_t, определяющее вероятность протекания любой ядерной реакции слагается из суммы сечения рассеяния и захвата

Нейтронные характеристики горных пород характеризуются длиной замедления, длиной диффузии и коэффициентом диффузии.

Длина замедления связана со средним квадратом сечением нейтрона

Величины τ, L_д и D выражается через макроскопическое сечение захвата и рассеяния и они равны

; ;

Наибольшее применение получил двух канальный аппарат ДРСТ. В канале n_п счетчики нейтронного ЛДНМ. Индикатор падения нейтронов служат пропорциональным бар-втористые газоразрядные счетчики и специальные счетчики тепловых нейтронов.

В настоящее время все больше применение находят многозондовые установки НК. На показания НК меньше, чем на показания однозондовых методов сказывается характеристики скин активных источников минералов и др.

При средней величине r, при которой происходит пересечение кривых зависимости, применяется для различных значений К_п, зависимость показаний метода от К_п слабая. В соответствии с этой закономерностью зонды малого размера, для которых отмечается прямая зависимость от К_п, называется доверсионной (обл.1). Размеры зондов для которых характерна обратная зависимость, называется заверсионной (обл.3). А область в которой отмечается слабая зависимость, называемая инверсионной (обл.2).

29. ННК по тепловым и надтепловым нейтронам. Физические основы, технология работ, принципы интерпретации, решаемые задачи.

Тепловой нейтрон сталкивается с парафиновым экраном и не в состоянии его преодолеть, а надтепловой нейтрон проходит через парафин и попадает в детектор, но уже в качестве теплового.

В данном методе породу облучают постоянным потоком нейтронов, в ответ тоже регистрируют ответный поток нейтронов. Последние могут быть двух видов: тепловые (со сравнительно низкой энергией) и надтепловые (с повышенной энергией). Поэтому различают два вида ННК:

- ННК-Т — нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам

- ННК-НТ — нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам

При проведении ННК-Т измеряют изменившуюся плотность потока тепловых нейтронов, вылетевших из зонда. Эта плотность зависит и от замедляющих нейтроны свойств среды, и от поглощающих их свойств. Фактически это означает, что ННК-Т измеряет водородосодержание среды и наличие элементов-поглотителей, у которых высокое сечение захвата тепловых нейтронов. Поэтому ННК-Т выдаёт такие же результаты, как и НГК.

ННК-НТ заключается в измерении плотности потока надтепловых нейтронов (у них энергия от 0,5 эВ до 20 кэВ). Эта плотность уже практически не зависит от поглощающих свойств среды и ей можно определять только водородосодержание.

Изучаемые физические основы: поглощение быстрых нейтронов и определение медленных нейтронов.

Решаемая задача: расчленение разреза по водородосодержанию, оценка пористости пород (более точное определение количества водорода в породах).

30. НГК. физические основы, технология работ, принципы интерпретации, решаемые задачи.

 В методе нгк регистрируют гамма-излучения, образовавшиеся при захвате тепловых нейтронов ядрами гп. Регистрируемыегаммаизлучатели состоят из 3 компонентов:

1)гаммаизлученния в результате радиационного захвата нейтронов I_nγ.

2)гаммаизлучение источников нейтрона, воздействующий на индикатор непосредственно или вследствии облучения стенок скважзины гамма лучами.I_γγ(ослаблен свинцовым экраном между источником и индикатором).

3)естественного гамма излучения I_γ, обусловленного естественной радиоактивностью гп. Соотношение компонентов I_nγ>I_γγ>I_γ.

Форма кривых нгк близка к диаграмме нк и определяется в первую очередь содержанием в породе и пж водорода: при использовании заинверсионных зондов показания нгк растут при уменьшении водородосодержаниягп.

На втором месте на показания нгк влияют элементы с аномально высоким захватом нейтронов (Cl, F, Br, Li, кобальт и др.).

В осадочных породах таким элементом является Cl, дающий при захвате 1 нейтрон 2,3 высокоэнергичных Е_нγ 8 МЭВ гамма квантов. В то же время при захвате нейтронов ядром Н⁺ образуется 1 гамма квант с энергией 2,23 МЭВ.

В результате показания нгк против водоносной части продуктивного пласта могут быть завышены на 15-20% по сравнению с нефтеносной частью. Эту особенность нгк использует для установления внк и прослеживает его в процессе эксплуатации залежей в однородных песчаных пластах при Сгл>100 г/л в пластовой воде.

Влияние СКВ. На показания нгк подобно его влиянию на нк. Наиболее существенно нгк отличается от ннк по влиянию от минерализации пж. Если показания ннк-нт не зависят от содержания Cl в пж, а показания ннк-т уменьшается с ростом минерализации, то показания нгк при этом возрастают. НГК применяют для решения тех же задач, что и ннк-т, т.е.для расчленения пород, различного водородосодержаниая, литологического расчленения, кол-го определения Кп, а также установление газожидкостных контактов в обсаженных сквв (гвк, гнк)

НГК применяют вгидрологическихскв для выявления водоносных горизонтов и оценки их пористости. Метод эффективен при изучении железных. Хромовых, марганцевых руд и скоплений ртути. Эти элементы имеют большое сечение захвата тепловых нейтронов, сопровождающиеся жестким гамма излучением.