Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж относится к активным методам регистрации излучений, возникающих при облучении специальными источниками, помещенными в скважинном приборе
Собственно нейтронный гамма-каротаж основан на измерении характеристик поля излучения, возникающего под действием внешнего источника нейтронов. Результаты измерений при нейтронном каротаже представляют в виде кривой изменения вторичного излучения или плотности тепловых (надтепловых) нейтронов с глубиной.
При нейтронном каротаже разрезов скважин изучают эффекты взаимодействия потока нейтронов, излучаемые естественными или искусственными, с горной породой. Нейтроны, являясь электрически нейтральными элементарными частицами, не взаимодействуют с электронными оболочками атомов. Благодаря этому, их проникающая способность намного выше, чем у других видов излучений. Нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов элементов, слагающих породу. Они испытывают при этом неупругое и упругое рассеяние, а в конечном итоге поглощение (захват) ядрами атомов с испусканием (γ-кванты).
Эффект взаимодействия нейтрона с ядром, зависит от энергии нейтрона. Нейтроны подразделяются на:
· быстрые (энергия>100кэВ.)
· надтепловые (0.05-20 кэВ)
· тепловые (0.025 эВ)
Уменьшение энергии (скорости движения) нейтрона за короткий промежуток времени (10-5 – 10-6 с) происходит в результате упругого и неупругого взаимодействия с ядрами атомов, при хаотическом изменении направления его движения. Неупругое рассеяние нейтронов происходит только при взаимодействии быстрых нейтронов, причем нейтроны теряют значительную часть своей энергии. Она идет на возбуждение рассеивающих ядер. При их переходе в нормальное состояние излучаются γ-кванты. Процесс упругого рассеивания нейтронов наблюдается при любой энергии нейтронов.
Потеря энергии нейтронами зависит от массы бомбардируемого ядра (чем меньше масса, тем больше потеря энергии). Максимальная потеря энергии нейтроном на одно соударение происходит в результате взаимодействия с ядрами водорода (из-за соизмеримости их масс.) Наилучшей замедляющей способностью обладают среды с большим водородосодержанием. Т.о. в результате различных процессов рассеивания их энергия уменьшается до тепловой – 0.025 эВ. Нейтроны тепловой энергии продолжают движение в среде, рассеиваясь ядрами атомов.
Конечным результатом взаимодействия теплового нейтрона с ядрами среды является радиационный захват (поглощение), сопровождаемый вторичным гамма-излучением.
В пористых породах большинство тепловых нейтронов захватывается атомами водорода и хлора. Поглощающая способность породы резко возрастает, при наличии в ней элементов с высокой активностью, в отношении радиационного захвата нейтронов, даже при их незначительном содержании.
К ним относятся кадмий, бор, хлор, железо, марганец и др.
При решении задач нефтегазовой геологии особое место занимает хлор (поглощающая способность хлора больше, чем у водорода, в 100 раз)- основной элемент соли NaCl, определяющий минерализацию пластовых вод.
Методами нейтронного каротажа скважин:
· исследуют пространственное распределение плотности надтепловых nHT и тепловых nT нейтронов
· изучают эффект радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами различных элементов (обуславливает возникновение вторичного гамма-излучения)
При нейтронном каротаже по надтепловым (ННК-НТ) и тепловым (ННК-Т) нейтронам измеряют плотность надтепловых и тепловых нейтронов по разрезу скважины, при заданном расстоянии индикатора от источника нейтронов.
Расстояние от источника до средней точки индикатора L называется длиной зонда. Т.к водосодержание пород определяется их пористостью, оба метода используют для выделения коллекторов и оценки их пористости.
Показания ННК-НТ характеризуется водородосодержанием среды.
Показания ННК-Т характеризуется водородосодержанием и наличием элементов с аномально высокими поглощающими свойствами (в первую очередь – хлора).
Глубинность исследований методом в зависимости от водородосодержания пород составляет (20-30) см.
Показания ННКНТ характеризуют суммарное водородосодержание горных пород и мало зависят от их литологического состава.
На диаграммах ННКНТ плотные малопористые пласты отмечаются высокими показаниями, а с увеличением пористости пород (водородосодержания) регистрируемые значения уменьшаются (чем больше водорода в породе, тем меньше длина замедления нейтрона и тем меньше вероятность, что он достигнет детектора прибора).
Показания ННКТ определяются не только замедляющими способностями породы (водородосодержанием), а так же наличием элементов с аномально высокими поглощающими способностями (прежде всего хлор).
Показания детекторов, пропорциональные плотности потока надтепловых или тепловых нейтронов (число нейтронов в секунду на единицу поверхности счётчика), передаются по кабелю на поверхность. Далее они регистрируются в цифровой или аналоговой форме. Фильтры между источником и детектором изготавливают из сильных рассеивателей нейтронов - стали, железа (около источника) и водородсодержащих веществ (около детектора).
B качестве детекторов используют газоразрядные или сцинтилляционные счётчики. При регистрации надтепловых нейтронов, детектор окружают водородсодержащим фильтром и кадмиевым экраном, поглощающим нейтроны c энергией менее 0,1 эB.
Радиоизотопные источники представляют смесь естественного α-излучателя (Ra, Po, Pu) c Be или B. B результате ядерной реакции (α, n) образуются нейтроны c широким спектром энергий - от 0,1 до 11 MэB.
Используют также источники на основе спонтанного деления ядер – 252Cf (cp. энергия нейтронов 2 MэB). Импульсные источники представляют собой ускоритель ионов дейтерия, которые, попадая на тритиевую (или дейтериевую) мишень, порождают моноэнергетич. нейтроны c энергией 14 MэB или 2,5 MэB.
Для стандартизации и эталонирования скважинных приборов используются имитаторы пластов.
Ha показания HHK влияет присутствие элементов, замедляющих и поглощающих тепловые и надтепловые нейтроны (водород, хлор, бор, ртуть, литий, цезий, железо, кадмий, гадолиний и др.).
Поэтому используется отношение показаний детекторов надтепловых и тепловых нейтронов, имеющих линейную зависимость от концентрации поглотителей тепловых нейтронов. При этом обеспечивается помехоустойчивость к влиянию изменения влажности и плотности пород и концентрации поглотителей надтепловых нейтронов.
При проведении импульсного HHK (ИННК), показания которого более чувствительны к изменению типа пластового флюида, измеряется декремент временного спада плотности потока тепловых нейтронов после кратковременного облучения быстрых нейтронов.
При фиксированной длине зонда временное изменение показаний детектора тепловых нейтронов определяется их временем жизни в исследуемом пласте.
Отношение показаний зависит от пространства распределения тепловых нейтронов. Пространство характеризуется содержание водорода в породе (рассеивающие свойства).
ИННК может проводиться в обсаженных (в т.ч. оборудованных фонтанной и насосно-компрессорной арматурой) скважинах без остановки их эксплуатации. HHK применяется:
· при разведке и эксплуатации месторождений для количественного определения пористости и других коллекторских свойств горных пород
· корреляции разрезов скважин
· контроля продвижения пластовых вод
· выявления интервалов обводнения пластов и положения BHK
· определения поглощающих и неработающих пластов;
· осуществления контроля гидроразрыва, солянокислотных обработок пластов и испытаний скважин
· осуществление контроля технического состояния скважин
· определение содержания количественного содержания хим. элементов (редких, рассеянных и др.)
· изучение изменения водо-, нефте- и газонасыщенности (повторными наблюдениями)
· для контроля за сооружением и эксплуатацией подземных газохранилищ, интенсификации разработки месторождений, проведения мероприятий по охране недр и окружающей среды.
Список литературы:
1. Нефтепромысловая геология и геофизика, И.Г. Пермяков, М.1986
2. Практическое руководство по интерпретации диаграмм ГИС, М.Г. Латышева, 1991
3. Геофизические исследования скважин, И.Г. Сковородников, Ек., 2003
4. Ядерная и геофизическая разведка, В.А, Арцыбашев, М. 1972
5. Методические указания по комплексированию и этапности выполнения геофизических, гидродинамических и геохимических исследований нефтяных и нефтегазовых месторождений (РД 153-39.0-109-01), М. 2002.
6. Итенбер С.С., Дахкильгов Т.Д. Геофизичеккие исследования в скважинах. М. Недра,1982
7. Дьяков Д.И., Леонтьев Б.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин. М., Недра,1984
8. Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. М. Недра,1973.
9. Горбачев Ю. И. Геофизические исследования скважин: Учеб. для вузов/ Под ред. Е. В. Каруса. — М.: Недра, 1990. —398 с: ил.
10. 
Знаменский В. В., Жданов М. С, Петров Л. П. Геофизические методы разведки и исследования скважин: Учебник для техникумов.— М.: Недра, 1981. 320 с.
11. Аксельрод С. М., Неретин В. Д., 1990. Ядерный магнитный резонанс в нефтегазовой геологии и геофизике. М., Недра, 192с.