Задачі, які вирішуються за даними НГК, ННК-Т, ННК-НТ

Нейтронні методи використовуються для вирішення наступних задач:

1. літологічне розчленування геологічних розрізів;

2. стратиграфічна прив’язка відкладів;

3. виділення пластів-колекторів;

4. визначення коефіцієнта пористості;

5. відбивка газорідинного та водонафтового контактів;

6. виявлення елементів з високим січенням захоплення теплових нейтронів (бору, ртуті, хлору, вольфраму та інших).

Метод імпульсного нейтронного каротажу

Імпульсний нейтронний каротаж полягає у вивченні нестаціонарних нейтронних полів і гамма-полів, створюваних генератором нейтронів.

Генератор нейтронів працює в імпульсному режимі. Такий режим полягає в опромінюванні гірських порід короткочасними потоками швидких нейтронів тривалістю ∆τ, які слідкують один за іншим через певний проміжок часу τ (Рис. 3.12). Після часу τ_з (часу затримки) включається апаратура і вимірюється в перебігу часу ∆τ густина нейтронів або інтенсивність гамма-випромінювання.

Рисунок 3.12 – Принцип вимірювання імпульсними методами

Змінюючи час включення вимірювальної апаратури (час затримки) τ_з і вимірюючи густину нейтронів в часі ∆τ вивчають процеси взаємодії нейтронів з речовиною.

За допомогою імпульсних нейтронних методів вивчають:

Ø густину (число) теплових нейтронів і цей метод називають ІННК.

Ø інтенсивність вторинного гамма-випромінювання – метод ІНГК.

Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж

Метод ІННК заснований на вимірюванні характеристик нестаціонарних нейтронних полів. Цим методом реєструють густину теплових нейтронів при незмінній відстані між джерелом і індикатором і при декількох фіксованих затримках τ_з і часових вікнах ∆τ.

Густина теплових нейтронів залежить в загальному випадку від уповільнюючих і поглинаючих властивостей середовища і визначається довжиною уповільнення L_у, коефіцієнтом дифузії D і часом життя теплових нейтронів τ. Таким чином, дані імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу несуть в собі інформацію про водневий вміст порід – через коефіцієнт дифузії D і довжину уповільнення L_у і про вміст в породах елементів із підвищеними січеннями захоплення s_з – через середній час життя теплових нейтронів t.

Основною величиною, яка вимірюється, в імпульсному нейтрон-нейтронному каротажі є середній час життя теплових нейтронів t. Встановлено, що змінюючи час затримки τ_з, можна отримати відмінності у величинах густини нейтронів, що вимірюються проти нафтоносного та водоносного пластів. У цьому одна із основних переваг імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу.

Радіус зони дослідження ІННК R_д визначається водневим вмістом середовища та часом затримки:

. (3.30)

Із збільшенням водневого вмісту середовища зменшується коефіцієнт дифузії теплових нейтронів і, відповідно, радіус дослідження. Глибинність ІННК зростає із збільшенням часу затримки. Однак, із збільшенням τ_з падає швидкість рахунку імпульсів, що приводить до великих статистичних похибок вимірювання.

У методі ІННК зазвичай застосовують час затримки τ_з=200-2000 мкс, тому густина теплових нейтронів, зареєстрованих приймачем практично не залежить від довжини уповільнення L_у і визначається тільки параметрами D і τ.

Таким чином, дані ІННК несуть інформацію про два нейтронні параметри гірських порід: коефіцієнт дифузії D і середній час життя теплових нейтронів τ. Перший з них залежить головним чином від водневого вмісту порід, а другий - пов’язаний тільки з поглинаючою здатністю гірських порід. Величини τ і D визначають по характеру спаду кривої густини теплових нейтронів в часі: nτ=f(τ).

На покази методу негативно впливають каверни, великі зони проникнення і велика мінералізація бурового розчину. Однак при достатньо великих часових затримках τ_з вплив свердловинних умов зводиться до мінімуму.

В імпульсному нейтронному методі використовується вимірювальна свердловинна установка, яка складається із імпульсного свердловинного генератора нейтронів і розміщеного на деякій фіксованій відстані (довжина зонда) від нього індикатора густини нейтронів або гамма-випромінювання.

Принцип роботи свердловинного генератора нейтронів наступний. Мішень, яка представляє собою один із легких елементів (дейтерій, тритій, берилій, літій та інші), бомбардується потоком прискорених заряджених частинок. Для даної мети найчастіше використовуються реакції ²D(d, n)³He і ³T(d, n)⁴He, що виникають при бомбардуванні потоком іонів дейтерію (дейтронів) або тритію (Рис. 3.13).

В ІННК, як і в інших методах радіометрії свердловин, форма кривих залежить від швидкості запису V і сталої інтегрування t_к, тому при виборі даних величин керуються тими ж вимогами, що і при проведенні гамма-каротажу. Переважно на практиці ІННК V=100¸120 м/год. при t_к=12 с.

Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж використовується для літологічного розчленування розрізів свердловин, виділення корисних копалин, визначення характеру насичення порід-колекторів, відбивка водонафтового, газонафтового та газоводяного контактів.

Рисунок 3.13 – Принципова схема генератора нейтронів

На відміну від стаціонарних нейтронних методів імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах дозволяє вирішувати задачу щодо відбивки газорідинного та водонафтового контактів, навіть при пониженій мінералізації пластових вод (20-50 г/л).

При високій мінералізації пластових вод за даними ІННК можна визначати також коефіцієнт нафтонасиченості, а відповідно, відслідковувати процес розробки родовищ.

Таким чином, метод ІННК дозволяє:

- Визначати літологічну характеристику розрізу, а саме по характеристиках τ і D, наприклад:

Пісковики – τ=550-1000 мкс; D=(20-30)·10^-4 см²/с;

Алевроліти – τ=320-560 мкс; D=(12-22)·10^-4 см²/с;

Аргилліти – τ=220-450 мкс; D=(6-16)·10^-4 см²/с;

- Можливе виділення пластів із вмістом солей, ангідридів, гіпсу, доломіту порід збагачених залізом, калієм, бором, рідкісними землями.

- Визначати коефіцієнти нафто- і газонасиченості.

- Розділяти водоносні пласти від нафтонасичених і від газонасичених(τ_вод=190 мкс; τ_нафт=250-360 мкс).

Імпульсний нейтронний гамма-каротаж (ІНГК)

У цьому методі з імпульсним джерелом нейтронів реєструють зміну по розрізу свердловини інтенсивність гамма-випромінювання від радіаційного захоплення ядрами елементів теплових нейтронів при фіксованих затримках на незмінній відстані довжини зонда.

Інтенсивність гамма-випромінювання радіаційного захоплення пропорційна густині теплових нейтронів. Проте, поле радіаційного гамма-випромінювання більш рівномірно розподілено, ніж поле нейтронів.

Таким чином при ІНГК основним критерієм розділення колектора за нафтоводонасиченістю служить час життя теплових нейтронів τ. Вимірювання проводять у часі, який перевищує середній час уповільнення нейтронів в досліджуваному середовищі, тобто в кінці життя нейтронів (від 300 до 900 мкс).

У практиці дослідження нафтових і газових свердловин в даний час використовуються зонди завдовжки 35-40 см.

Головною задачею ІНГК в нафтових і газових свердловинах є виділення в розрізі нафтогазоносних пластів і визначення водонафтового і газорідинного контактів. Добрі результати метод ІНГК дає в обсаджених неперфорованих свердловинах.

На діаграмах ІНГК і ІННК максимальні покази відповідають малопористим неглинистим пластам, нафтоносним і газоносним колекторам. Мінімальні значення відповідають глинистим пластам, високопористим колекторам і пластам з високомінералізованою водою.

Таким чином імпульсний нейтронний каротаж ( ІННК і ІНГК) знайшов широке застосування при дослідженні діючих, обсаджених колонами свердловин для встановлення водонафтового і газорідинного контактів, встановлення нафтонасичених інтервалів.Найкращі результати ці методи дають при високих мінералізаціях пластових вод. Якщо відома літологія, пористість і мінералізація пластових вод, то можна за даними ІНК оцінювати коефіцієнт нафтогазонасиченості.

Контрольні запитання

1. Охарактеризуйте поняття "радіоактивність", основний закон радіоактивного розпаду та величини, що його характеризують.

2. Які ви знаєте елементи радіоактивного розпаду та їх характеристика?

3. Чим обумовлена природна радіоактивність гірських порід?

4. Дайте характеристику газорозрядному та сцинтиляційному лічильникам. Переваги та недоліки їх застосування.

5. Дайте характеристику напівпровідниковому лічильнику. Переваги та недоліки його застосування.

6. Як проводиться еталонування апаратури радіоактивного каротажу? Які ви -знаєте одиниці вимірювання при радіоактивних та ядерно-фізичних дослідженнях?

7. Сформулюйте фізичну суть гамма-каротажу. Форма кривих. Задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

8. Сформулюйте фізичну суть спектрометричного гамма-каротажу та задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

9. Які процеси відбуваються при взаємодії гамма-квантів з речовиною?

10. Сформулюйте фізичну суть методу ГГК-Г та задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

11. Сформулюйте фізичну суть методу ГГК-С та задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

12. Які процеси відбуваються при взаємодії нейтронів з гірською породою.

13. Сформулюйте фізичну суть методу НГК. Форма кривих. Задачі, що вирішуються за допомогою даного методу.

14. Сформулюйте фізичну суть методів ННК-Т і ННК-НТ. Задачі, що вирішуються за допомогою даних методів.

15. Сформулюйте фізичні основи імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу та задачі, що розв’язуються за допомогою даного методу.

16. Назвіть параметри, що характеризують імовірність ядерних реакцій та одиниці їх виміру.