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 (Еnm = 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 Innm. З підвищенням вмісту нейтронопоглинаючих елементів (Tr, Cd, В, Hg, Mn, Сl) Innm 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:
sBlo+onl→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= Inтм/ Inтб (9.4)
де Inтм і Inтб – 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 звеликими зондами, чим більший вміст водню, тим менше значення 1тт; 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.