Большая советская энциклопедия:
Нейтронный каротаж
Метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. В скважину опускают толстостенную стальную гильзу, содержащую нейтронный источник (См. Нейтронные источники) и детектор, регистрирующий вторичное излучение. Последнее возникает в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами породы (см. Нейтронные детекторы). Между источником и детектором устанавливается фильтр из парафина, Pb или Bi, препятствующий прямому попаданию нейтронов из источника в детектор. Сигналы детектора, усиленные и сформированные с помощью электронных устройств, передаются по кабелю наверх для регистрации и анализа. Перемещая гильзу вдоль скважины (рис.), записывают каротажную диаграмму — зависимость скорости счёта сигналов от глубины. Н. к. был впервые осуществлен в США (Б. М. Понтекорво, 1941), в СССР развитие Н. к. связано с именами Б. Б. Лапука и Г. Н. Флёрова.
Существует около 10 вариантов Н. к., отличающихся типом нейтронного источника, видом вторичного излучения, а также характером получаемой информации. В случае нейтрон-нейтронного каротажа регистрируются тепловые нейтроны, образующиеся в результате замедления в горной породе быстрых нейтронов источника (см. Замедление нейтронов). При нейтронном -каротаже регистрируются -кванты, возникающие при захвате медленных нейтронов ядрами (см. Медленные нейтроны). В этих вариантах Н. к. с источником непрерывного действия определяется относительное количество водорода в пластах. Так как водород — наиболее эффективный замедлитель нейтронов, то в породах с порами, заполненными водой или нефтью, нейтроны замедляются уже на небольших расстояниях от источника. Например, в песчанике с 20%-ной пористостью расстояние, в котором около 60% нейтронов источника (с энергией 5 Мэв) становятся тепловыми, — порядка нескольких см. Число тепловых нейтронов (или -квантов радиационного захвата (См. Радиационный захват)), достигающих при этом детектора, невелико, так как расстояние до него существенно больше (30—50 см). С уменьшением содержания водорода в пласте длина замедления растет, нейтроны становятся тепловыми в области, более близкой к детектору, и число его отсчётов увеличивается. Т. о., минимумы на каротажной диаграмме соответствуют пластам с повышенным содержанием водорода.
Кроме пористых пластов (песчаника, известняка) с водой или нефтью, диаграммы Н. к. дают возможность выделить более плотные пласты, границы пластов, глинистые прослойки, а также границы между жидкостью и газом, что даёт возможность применять Н. к. при поисках месторождений газа.
Н. к. с источником непрерывного действия не даёт, однако, возможности надёжно отличать пласты, насыщенные водой и нефтью, так как они как замедлители нейтронов неразличимы. Для этой цели эффективнее оказался Н. к. с импульсным источником (импульсный Н. к.). Пластовая вода обычно содержит минеральные соли, например NaCI, в то время как в нефти они отсутствуют. Из-за поглощения нейтронов в Cl время жизни тепловых нейтронов в пласте, содержащем воду, меньше, чем в нефтяном пласте. В импульсном Н. к. нейтроны испускаются в течение коротких интервалов времени — от 1 до 10 мксек, а регистрируются лишь те сигналы от детектора, которые приходят через время t > после нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от . В пласте, содержащем воду, для которого невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, больше и нейтронов остаётся больше. В районах с сильной минерализацией пластовых вод (200 г NaCI на 1 л) достигаются десятикратные различия в показателях прибора против нефте- и водонасыщенных участков пласта. Импульсный Н. к. получил распространение после создания малогабаритных импульсных нейтронных генераторов.
В Н. к. с регистрацией -квантов применяются Сцинтилляционный счётчик и полупроводниковые детекторы (См. Полупроводниковый детектор), обладающие высокой разрешающей способностью. Измерение спектра -квантов радиационного захвата позволяет осуществлять элементный анализ горных пород. Используя при этом импульсный Н. к., удаётся определять и спектр -лучей, возникающих при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах. Такой вариант Н. к. сулит возможность выделения нефтеносных пластов по содержанию С, т. е. независимо от наличия солей в пластовых водах.
В СССР Н. к. входит в комплекс обязательных геофизических работ, проводимых на всех скважинах, вводимых в строй. Н. к. применяется также для поиска пропущенных нефтяных горизонтов в старых скважинах.
После облучения породы нейтронами в ней возникает радиоактивность, измерение которой даёт также информацию о составе породы (нейтронно-активационный каротаж). Основанные на этом методы Н. к. применяются при поиске полезных ископаемых и в др. геологических исследованиях.
Лит.: Pontecorvo В., Neutron well logging new geological method based on nuclear physics, «Oil and Gas Journal», 1941/42, v. 40, № 18; Филиппов Е. М., Прикладная ядерная геофизика, М., 1973; Основы импульсного нейтрон-нейтронного каротажа, М., 1965; Арцыбашев В. А., Ядерно-геофизическая разведка, М., 1972.
Б. Г. Ерозолимский.
Рис. к ст. Нейтронный каротаж.
Горная энциклопедия:
(a. neutron logging; н. Neutronenlog, Neutronenmessung; ф. diagraphie aux neutrons; и. carotaje neutronico, carotaje de neutron) — общее название нейтронных методов изучения разреза и контроля техн. состояния скважин при поисках и разведке м-ний полезных ископаемых (нефти, газа, угля, руд железа, хрома и др.). H. к. предложен в 1941 Б. M. Понтекорво, в CCCP начал разрабатываться в кон. 40-x гг. по инициативе И. B. Курчатова и H. K. Байбакова под науч. руководством Г. H. Флёрова. При проведении H. к. в измерительный скважинный прибор помещается источник c постоянным или импульсным потоком быстрых нейтронов (энергия нейтронов E106 эB) и на нек-ром фиксированном расстоянии от него — один или неск. детекторов медленных (тепловых) нейтронов или гамма-излучения, возбуждённого в г. п. нейтронами. Первоначально в течение 10-6 c нейтроны замедляются до энергии теплового движения атомов (Eт — 10-2 эB) за счёт упругого и неупругого взаимодействия c их ядрами. При упругом взаимодействии потеря энергии y нейтронов тем больше, чем меньше масса ядра. Аномально сильным замедлителем являются ядра водорода, c увеличением концентрации к-рого (Cн) в г. п. уменьшается cp. расстояние, на к-ром быстрые нейтроны замедляются (cp. длина замедления, L3). Неупругое замедление нейтронов сопровождается излучением гамма-квантов и не зависит от Cн. После замедления тепловые нейтроны дифундируют в г. п. и постепенно захватываются ядрами атомов. Длительность процесса диффузии 10-3 — 10-2 c. Cp. время жизни тепловых нейтронов () определяется наличием ядер c большим сечением захвата (B, Cl, Hg, редкие земли). Коэфф. диффузии тепловых нейтронов D зависит от Cн. Cp. пробег тепловых нейтронов до поглощения характеризуется cp. длиной диффузии (Lg). Захватывая тепловые нейтроны, ядра излучают -кванты c характерной для каждого изотопа энергией и периодом полураспада (напр., T1/2 для 28Al 2,5 мин, 24Na 14 ч).
B CCCP разработаны разл. модификации H. к., основанные на использовании импульсных и постоянных источников нейтронов, на регистрации надтепловых (E — 0,1 эB) нейтронов (Нейтрон-нейтронный каротаж, HHK-H), тепловых нейтронов (нейтрон-нейтронный и импульсный нейтрон-нейтронный каротаж HHK-T, ИННК-T) и вторичных гамма-квантов (Нейтронный гамма-каротаж, НГК, и Нейтронно-активационный каротаж). Радиус (глубина) исследования прискважинной зоны для ИНГК и ИННК — 50 см; для НГК — 20 см, для HHK-H — 10 см. Методика измерений осуществляется таким образом, чтобы результат определялся к.-л. одним процессом. Напр., для выявления нефтеносных или водоносных коллекторов исследуют зависимость L3 от концентрации водорода Cн путём спец. подбора расстояний (r) между источником и детектором. Для коллекторов характерны уменьшение L3 (c 25 до 15 см), более интенсивное замедление нейтронов вблизи источника и уменьшение проникновения нейтронов на расстояния r 2L3. Для изучения концентраций элементов c большим сечением захвата тепловых нейтронов разработаны методики, основанные на изучении процесса диффузии и захвата нейтронов (ИННК, ИНГК). Для многоэлементного анализа г. п. применяют гамма-спектрометрич. модификации НГК (в импульсном варианте отдельно регистрируют излучения при неупругом замедлении быстрых нейтронов и захвате тепловых нейтронов). Для определения концентрации Al, O, Na, F и др. используют нейтронно-активационный каротаж. Разра- батываются динамич. модификации H. к. (повторные наблюдения одного и того же объекта в процессе естественного и искусственно вызванного изменения, напр. в прискважинной зоне коллекторов). H. к. широко применяется в CCCP и за рубежом; создана серийная техника, разработан петрофиз. и матем. аппарат для геол. интерпретации результатов, разработана техника безопасности работы c нейтронными источниками.
Литература: Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, M., 1978; Кожевников Д. A., Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии, 2 изд., M., 1982; Резванов P. A., Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин, M., 1982; Теория нейтронных методов исследования скважин, M., 1985.
O. Л. Кузнецов, Ю. C. Шимелевич.
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020