Нейтронный каротаж

     В скважину опускают нейтронный источник и детектор, регистрирующий вторичное излучение. Перед детектором устанавливается фильтр, препятствующий прямому попаданию нейтронов из источника в детектор.
    Быстрые нейтроны, после многочисленных соударений с атомами лёгких элементов, в основном водорода, теряют часть своей энергии и замедляются до тепловых энергий. Часть из них поглощаются ядрами пласта. В основном нейтроны поглощаются водородом

¹H + n → ²H + γ

    В результате нейтроны низких энергий или гамма кванты регистрируются детектором. Их скорость счета связана с количеством водорода в пласте. В породах с порами, заполненными водой или нефтью, нейтроны замедляются уже на небольших расстояниях от источника. С уменьшением содержания водорода в пласте длина замедления растет, нейтроны становятся тепловыми в области, более близкой к детектору, и число его отсчётов увеличивается. Таким образом, минимумы на диаграмме соответствуют пластам с повышенным содержанием водорода.
    Существует несколько типов нейтронного каротажа. Это нейтронный гамма-каротаж. Его показания в основном зависят от содержания водорода в исследуемой среде. Он позволяет детектировать как нефть, так и воду.

Нейтронный каротаж по тепловым нейтронам. Этот метод реагирует как на замедляющие, так и на поглощающие свойства среды.

Схематическая диаграмма нейтронного каротажа по тепловым нейтронам.  Породы: 1 — глины; 2 — песчаник; 3 — известняк. В глине всегда содержится большое количество связанной воды в порах. В плотном известняке воды и других содержащих водород веществ практически нет.

Нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам. Этот метод позволяет определять водородосодержание среды. Его результаты практически не зависят от поглощающих свойств среды.

    Нейтронный каротаж 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 нейтронный каротаж с импульсным источником. Пластовая вода обычно содержит минеральные соли, например NaCI, в то время как в нефти они отсутствуют. Cl значительно поглощает нейтроны

³⁵Cl + n → ³⁶Cl + γ

    Из-за поглощения нейтронов в Cl время жизни τ тепловых нейтронов в пласте, содержащем воду, меньше, чем в нефтяном пласте. В импульсном каротаже нейтроны испускаются в течение коротких интервалов времени — от 1 до 10 мксек, а регистрируются лишь те сигналы от детектора, которые приходят через время t > τ  после нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от τ . В пласте, содержащем воду, для которого τ невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, τ больше и нейтронов остаётся больше.

Сравнение импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК) и нейтроно-нейтронного каротажа на тепловых нейтронах (ННК-Т). ИННК уверенно демонстрирует контакт воды с нефтью в трещиноватом карбонатном пласте. ННК-Т, при этом, определил только наличие самого пласта.

     После облучения породы нейтронами в ней возникает радиоактивность, измерение которой даёт также информацию о составе породы (нейтронно-активационный каротаж). Он используется для определения концентрации Al, О, Na, F и др.

 Ядерные_методы_геофизического_исследования_скважин

Б. Г. Ерозолимский. Нейтронный каротаж