Нейтрон-нейтрон каротаж (ННК)

Нейтрон-нейтрон каротаж (ННК) – метод дослідження свердловин, заснований на опроміненні гірських порід потоком швидких нейтронів і реєстрації багаторазово розсіяних повільних (надтеплових або теплових) нейтронів.

ННК застосовують при розвідці і експлуатації родовищ для кількісного визначення пористості та інших колекторних властивостей гірських порід, кореляції розрізів свердловин; контролю руху пластових вод, виявлення інтервалів обводнення пластів, визначення поглинаючих і непрацюючих пластів; контролю гідророзриву, солянокислотних обробок пластів і випробування свердловин; контролю технічного стану свердловин, кількісного визначення вмісту хімічних елементів, вивчення зміни водо-, нафто- і газонасиченості.

Нейтрон-нейтрон каротаж базується на тому, що швидкі нейтрони з енергією у кілька МеВ внаслідок стикання із ядрами навколишнього середовища втрачають свою енергію до величини теплового руху атомів при температурі 20⁰С до 0,025 МеВ. Дифузія теплових нейтронів завершується поглинанням останніх якимсь ядром і випромінюванням гамма-квантів радіаційного захвату. При ННК реєструються чи теплові нейтрони, чи надтеплові, енергія яких більша теплової енергії у кілька разів (від кількох десятих до одиниць МеВ). Відповідно ці два різновиди ННК називаються нейтрон-нейтронний каротаж за тепловими нейтронами (ННК-Т) і нейтрон-нейтронний каротаж за надтепловими нейтронами (ННК-НТ).

Параметр уповільнення нейтронів залежить від вмісту водню у породі. Це однаково характерно для ННК-Т і ННК-НТ. Крім того на показники ННК-Т на відміну від ННК-НТ впливає наявність у породі елементів поглинаючих нейтрони, таких як хлор, бор, рідкісні землі. Наприклад, водоносні пласти, які містять у порівнянні з нафтовими більше хлору, при рівній пористості відзначатимуться меншими показниками ННК-Т.

Таким чином, у нафтових і газових свердловинах ННК-Т і ННК-НТ використовуються, головним чином, для розділення порід із різним вмістом водню і для визначення коефіцієнту пористості порід. При певних умовах ННК-Т можливо використовувати для визначення положення водонафтового контакту.

Нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах

Нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах (ННК-Т) полягає у вимірюванні щільності потоку теплових нейтронів, що утворюються в результаті уповільнення в гірських породах швидких нейтронів від стаціонарного джерела.

При постійній довжині зонда щільність потоку теплових нейтронів (Е_nm = 0,025 эВ) залежить від уповільнюючих і поглинаючих властивостей середовища, тобто від вмісту водню і наявності елементів з високим перетином захоплення теплових нейтронів. Таким чином, ННК-Т дає такі ж результати, як і метод НГК.

При роботі з великими зондами, чим вищий в середовищі вміст водню, тим менше I_nnm. З підвищенням вмісту нейтронопоглинаючих елементів (Tr, Cd, В, Hg, Mn, С l ) I_nnm падає при будь-якій довжині зонда

Як детектори теплових нейтронів використовують пропорційні газорозрядні лічильники або сцинтилятори ZnS, активовані Сu або Ag.

Газорозрядні лічильники заповнюють трьохфтористим бором BF₃, збагаченим ізотопом В¹⁰. Нейтрони, що проходять через лічильник, інтенсивно поглинаються бором, що має аномально великий перетин захоплення теплових нейтронів. В результаті реакції, що відбувається:

_sB^lo+_on^l→₂He⁴+₃Li⁷ +γ (9.3)

утворюються ядра Li, ά-частини і γ -випромінювання. У сцинтиляційних лічильниках використовують суміш кристалів ZnS з якою-небудь речовиною, що має в складі бор. Оскільки ZпS не утворює великих кристалів, суміш засипають в циліндр з прозорого плексигласу, γ -квант, що виникає при взаємодії В з тепловим нейтроном, викликає сцинтиляцію в одному з кристалів ZпS. Таким чином, теплові нейтрони реєструються по продуктах їх взаємодії із бором.

При дослідженні нафтових і газових свердловин використовують зонди ННК-Т завдовжки 30-50 см. Облік умов свердловин і кількісна інтерпретація проводиться по аналогії з НГК.

При дослідженні нафтових і газових свердловин добрі результати дає багатозондовий нейтрон-нейтронный каротаж. У свердловинному приладі вимірювання нейтронного потоку проводять за допомогою двох або декількох детекторів, розташованих на різній відстані від джерела. У двохзондових установках апаратура відразу визначає відношення

A= I_nтм/ I_nтб (9.4)

де I_nтм і I_nтб – значення малого і великого зондів.

Довжина малого зонда складає 30 – 40 см, а великого – 60 – 70 см.

Відношення А характеризує швидкість спаду щільності нейтронів при віддаленні від джерела, а вона зростає із збільшенням вмісту водню і, отже, пористості порід при їх незмінній літології і постійності умов свердловин.

Ряд чинників, пов'язаних з умовами вимірювань, приблизно однаково впливає на значення кожного з детекторів, що сприяє підвищенню точності отримуваних результатів.

Нейтрон-нейтронний каротаж по надтепловым нейтронах

Нейтрон-нейтронний каротаж по надтепловим нейтронам (ННК-НТ) полягає у вимірюванні щільності потоку надтеплових нейтронів, що утворюються в результаті уповільнення в гірських породах швидких нейтронів від стаціонарного джерела.

Надтепловими вважаються нейтрони з енергією від 100 еВ до 20 кеВ. Щільність потоку надтеплових нейтронів визначається, головним чином, уповільнюючими властивостями середовища, тобто вмістом водню і практично не залежить від її поглинаючих властивостей (від вмісту елементів з великим перетином захоплення теплових нейтронів). У цьому полягає перевага ННК-НТ перед ННК-Т і НГК.

Детекторами надтеплових нейтронів служать бор-фтористі газорозрядні і сцинтиляційні лічильники теплових нейтронів, оточені парафін-борним фільтром.

Оскільки в середовищі, де розміщується детектор, існують і надтеплові, і теплові нейтрони, бор, що міститься у фільтрі, поглинає теплові нейтрони, що поступають на лічильник, а парафін, в якому міститься багато водню, уповільнює надтеплові до теплових енергій, які потім потрапляють на лічильник і реєструються.

У ННК-НТ так само, як і в інших нейтронних методах, можуть використовуватися як великі (заінверсійні), так і малі (доінверсійні) зонди. При роботі з великими зондами, чим більший вміст водню, тим менше значення 1_тт; при роботі з малими – навпаки.

Для нейтрон-нейтронного каротажу характерна невелика глубинность дослідження, яка залежно від властивостей порід і вмісту водню складає від 20 до 30 см (зменшуючись із зростанням вмісту водню). Найменша глибинність характерна для ННК-НТ, оскільки область розповсюдження надтеплових нейтронів менша, ніж теплових.