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 ННМ_НТ не зависят от содержания хлора в растворе, а показания ННМ_Т 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 ННМ_Т 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.