3.1 Нейтронный каротаж (ннкт; ннкн; нгк). Физические основа. Регистрируемые параметры, единица измерения, технические особенности, область применения, интерпритация данных каротажа.
Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Это обусловлено тем, что, являясь незаряженными частицами, нейтроны не взаимодействуют с электронными оболочками атомов и не отталкиваются кулоновским полем ядра.
Так же как и гамма-кванты, нейтроны характеризуются энергией Е, которая в этом случае связана с их скоростью. Различают быстрые нейтроны с энергией 1-15 МэВ, промежуточные - 1 МэВ - 10 эВ, медленные, или надтепловые - 10-0,1 эВ и тепловые нейтроны со средней энергией 0,025 эВ. Взаимодействие нейтронов с веществом заключается в упругом столкновении с ядром с потерей части энергии, т. е. в замедлении нейтрона, и захвате нейтрона ядром. Для нейтронов с энергией от нескольких МэВ до 0,1 эВ основным видом взаимодействия является упругое рассеяние. При упругом рассеянии нейтронов величина потерь энергии на соударение определяется только массой ядра: чем меньше масса ядра, тем больше потеря энергии. Наибольшая потеря энергии происходит при столкновении с ядром атома водорода.
При столкновении с ядрами всех остальных эле ментов потери значительно меньше. Поэтому замедляющая способность горных пород определяется их водородосодержанием. При наличии в породах даже небольшого количества воды или нефти - 5- 7 % замедление происходит в основном на ядрах водорода.
Разновидности нейтронных методов
Зонд нейтронных методов содержит источник нейтронов и расположенный выше него индикатор. Расстояние между источником и индикатором называют длиной зонда L и выбирают в пределах 50-60 см. Источником нейтронов обычно служит смесь полония с порошкообразным бериллием. Смесь помещена в запаянную ампулу. Полоний является радиоактивным элементом, излучающим а-частицы. При взаимодействии а-частиц с бериллием образуются ядра углерода. Эта реакция сопровождается излучением нейтрона и гамма-кванта: 4Ве9 + 2Не4 --> 6СI2 + 0nl + γ. Средняя энергия получаемых при этом нейтронов равна 4 МэБ. Период полураспада полония 138 дней, поэтому в течение нескольких месяцев мощность источника снижается до небольшой величины, при которой он уже практически не может быть использован.
Существуют следующие разновидности нейтронных методов:
- нейтронный гамма-метод НГМ;
- нейтрон-нейтронный метод по надтепловым нейтронам ННМ-НТ;
- нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам ННМ-Т
Непосредственно при нейтронном каротаже определяется скорость счета имп/мин, результаты измерения представляются в условных единицах. За условную единицу принимаются показания, соответствующие воде. Цену условной единицы определяют по измерениям в баке с пресной водой.
В нефтяных и газовых скважинах нейтронный каротаж проводится для выделения коллекторов и оценки их пористости. Чаще применяется метод НГМ. Метод НГМ применяется при низкой минерализации пластовых вод из-за большого влияния хлора на его показания. Метод ННМ-НТ имеет небольшой радиус исследования и поэтому применяется редко. Это связано с тем, что область распространения надтепловых нейтронов меньше, чем тепловых.