При импульсных нейтронных методах источник испускает нейтроны в течение сравнительно коротких интервалов времени ΔТ < 100—200 мкс. Такие импульсы источника повторяются периодически с периодом Т = 10-3—10-1 с-1, т.е. 10—103 раз в 1 с. С помощью специальной схемы (временного анализатора) регистрация излучения осуществляется не непрерывно, а лишь в некоторые (специально выбранные) интервалы времени.
В настоящее время получили применение две модификации импульсных нейтронных методов — с регистрацией тепловых нейтронов (ИННМ) и гамма-квантов радиационного захвата (ИНГМ). Регистрация нейтронов (и гамма-квантов) в этих методах осуществляется в интервале между двумя импульсами источника через некоторое время задержки t после каждого импульса.
Быстрые нейтроны замедляются до тепловой энергии и при дальнейшей диффузии поглощаются ядрами среды. После окончания процесса замедления, плотности нейтронов и гамма-квантов радиационного захвата уменьшаются во времени примерно: n = n0·e-t/τ.
Регистрируя тепловые нейтроны (ИННМ) или гамма-кванты (ИНГМ) при двух значениях времени задержки или более, можно определить среднее время жизни тепловых нейтронов в горной породе τ, которое позволяет судить о концентрации элементов, имеющих высокое сечение поглощения тепловых нейтронов.
Импульсы источника повторяются через небольшое время (обычно 10-400 раз в 1 с) и при ИННМ (ИНГМ) регистрируется интенсивность тепловых нейтронов (гамма-квантов) для некоторого значения времени задержки I, усредненная по большому числу импульсов источника. Измерения при ИННМ (ИНГМ) выполняют либо при движении прибора по стволу скважины (и в результате получают непрерывные диаграммы для двух-трех каналов с различными значениями времени задержки), либо иногда при неподвижном приборе (на точках) для повышения точности.
В первом случае о значении τ судят по отношению показаний на двух каналах: тем меньше, тем больше различаются эти показания. Количественное определение τ получают по формуле (предполагается, что ширина «окон» Δt в обоих каналах одинакова): τ = (t2 - t1)/(lnI1 – lnI2), где t1 и t2 — время задержки для двух каналов; I1 и I2 — показания для тех же каналов.
Разработана аппаратура для непрерывного вычисления τ в процессе замеров и получения непосредственно диаграмм изменения τ по стволу скважины. В случае измерений на точках (с неподвижным прибором) интенсивность нейтронов или гамма-квантов обычно определяют при большом числе значений времени задержки ti (i = 1, 2,...) и строят график зависимости логарифма показаний lnI от t (рисунок,6). Такой график позволяет точнее определить значение τ как величину, обратную коэффициенту наклона кривой lnI = f (t) при больших I.
рисунок: распределение плотностей тепловых нейтронов во времени при ИННМ и пример его обработки.
При малых временах задержки t наклон кривой зависит (кроме τ) также от диаметра скважины и свойств среды, заполняющей скважину. При больших значениях t такое влияние постепенно исчезает, что является преимуществом импульсных методов. Другое их преимущество заключается в большей по сравнению со стационарными методами чувствительности к содержанию элементов, сильно поглощающих нейтроны. В нефтяных и газовых скважинах это позволяет различать продуктивные и водоносные пласты при сравнительно малой минерализации пластовых вод (от 20 — 30 г/л). При большей минерализации вод решение этой задачи возможно даже по результатам измерения при одном значении времени задержки. При прочих равных условиях водоносные пласты отмечаются гораздо меньшими показаниями ИННМ при больших временах задержки t по сравнению с нефтеносными и газоносными пластами.
Оба импульсных метода дают примерно одинаковые результаты. При ИНГМ влияние скважины несколько меньше, чем при ИННМ, но преимуществом последнего является отсутствие влияния естественного гамма-излучения, доля которого при ИНГМ на больших временах задержки значительна. Точка записи зонда ИННМ и ИНГМ совпадает с серединой детектора.
