Нейтронный гамма-метод: физические основы, принцип измерения в скважине, область применения
Регистрируют гамма-излучение, образующееся при захвате тепловых нейтронов ядрами горной породы (гамма-излучение радиационного захвата). Количество гамма-квантов, достигающих детектора, прямо пропорционально количеству нейтронов, поглощаемых единицей объема в зоне расположения детектора, и числу квантов, образующихся при захвате одного нейтрона.
В общих чертах форма кривой НГМ обычно оказывается близкой к таковой для ННМ и определяется содержанием водорода в горной породе и в скважине: при больших зондах, применяемых обычно на практике, показания НГМ растут при уменьшении водородосодержания среды, окружающей скважинный прибор:
Рис. изменения плотности :а – надтепловые нейтроны, б – тепловые нейтроны в водонасыщенном песчанике.
На втором месте по влиянию на показания стоят элементы, обладающие одновременно высоким сечением поглощения тепловых нейтронов и аномально высокой (или аномально низкой) интенсивностью гамма-излучения радиационного захвата. В осадочных горных породах таким элементом является хлор, дающий при захвате одного нейтрона в среднем 2,3 относительно высокоэнергетических гамма-квантов.
При отсутствии хлора основное количество нейтронов в осадочных горных породах поглощается, как правило, водородом, дающим всего один гамма-квант на каждый поглощенный нейтрон. Поэтому повышение концентрации хлора в горной породе сопровождается, при равном водородосодержании, увеличением среднего числа гамма-квантов на один нейтрон и, следовательно, ростом показаний НГМ. В частности, водоносные пласты, насыщенные высокоминерализованной пластовой водой, отмечаются большими показаниями по сравнению с нефтеносными пластами той же пористости. Хотя этот эффект невелик (обычно до 15—20%), но в благоприятных условиях (высокая минерализация пластовых вод и малые изменения пористости) он может использоваться для определения водонефтяного контакта в обсаженных скважинах.
Наиболее существенно НГМ отличается от ННМ по влиянию минерализации бурового раствора. Если показания ННМНТ не зависят от содержания хлора в растворе, а показания ННМТ уменьшаются с ростом минерализации, то показания НГМ при этом возрастают.
При НГМ, кроме гамма-излучения радиационного захвата, регистрируется также гамма-излучение естественных радиоактивных элементов горных пород, поэтому при интерпретации НГМ из его показаний вычитают показания ГМ, помноженные на некоторый коэффициент, учитывающий различие чувствительности детекторов в каналах НГМ и ГМ.
В нефтяных и газовых скважинах НГМ применяют для решения тех же задач, что и ННМ-Т, т. е. для расчленения пород, различающихся водородосодержанием, количественного определения коэффициента пористости, а также установления газожидкостного и реже водонефтяного контактов в обсаженных скважинах. Из всех нейтронных методов в нашей стране получил наиболее широкое применение гибридный метод, при котором детектор кроме гамма-излучения радиационного захвата частично регистрирует также тепловые нейтроны. Поскольку содержание хлора в буровом растворе и в пласте приводит к уменьшению плотности тепловых нейтронов и к увеличению интенсивности гамма-излучения радиационного захвата, то при применении такого метода влияние хлора оказывается слабее, чем при ННМТ или НГМ. Одновременная регистрация нейтронов и гамма-квантов способствует увеличению также числа регистрируемых частиц и позволяет повысить точность замеров или уменьшить требуемую величину мощности источника.