Нейтрон-нейтронный каротаж

НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ, HHK (а. neutron-neutron logging; н. Neutron-Neutron Воhrlochmessung; ф. diagraphie neutron-neutron; и. carotaje neutron-neutron), — метод исследований скважин, основанный на облучении горных пород потоком быстрых нейтронов и регистрации многократно рассеянных медленных (надтепловых или тепловых) нейтронов. Разработан в CCCP и применяется с изотопными источниками с 1951, с импульсными — с 1959 (Г. Н. Флёров, Ф. А. Алексеев, Ю. С. Шимелевич, Б. Г. Ерозолимский, Ю. А. Гулин, Д. Ф. Беспалов и др.).

При проведении HHK по стволу скважины перемещают прибор, содержащий стационарный (изотопный или импульсный) источник нейтронов, один или несколько детекторов на различных расстояниях от источника и фильтры, препятствующие попаданию прямого излучения на детекторы. Показания детекторов, пропорциональные плотности потока надтепловых или тепловых нейтронов (число нейтронов в секунду на единицу поверхности счётчика), передаются по кабелю на поверхность, где регистрируются в цифровой или аналоговой форме. Фильтры между источником и детектором изготавливают из сильных рассеивателей нейтронов — стали, железа (около источника) и водородсодержащих веществ (около детектора). В качестве детекторов используют газоразрядные или сцинтилляционные счётчики. При регистрации надтепловых нейтронов детектор окружают водородсодержащим фильтром и кадмиевым экраном, поглощающим нейтроны с энергией менее 0,1 эВ. Радиоизотопные источники представляют смесь естественного а-излучателя (Ra, Po, Pu) с Be или В. В результате ядерной реакции (а, n) образуются нейтроны с широким спектром энергий — от 0,1 до 11 МэВ. Используют также источники на основе спонтанного деления ядер — ²⁵²Cf (средняя энергия нейтронов 2 МэВ). Импульсные источники представляют собой ускоритель ионов дейтерия, которые, попадая на тритиевую (или дейтериевую) мишень, порождают моноэнергетические нейтроны с энергией 14 МэВ или 2,5 МэВ. Для стандартизации и эталонирования скважинных приборов используются имитаторы пластов.

На показания HHK влияет присутствие (даже в незначительных концентрациях) элементов, сильно замедляющих и поглощающих тепловые и надтепловые нейтроны (водород, хлор, бор, ртуть, литий, цезий, железо, кадмий, гадолиний и др.). Поэтому используется отношение показаний детекторов надтепловых и тепловых нейтронов, которое линейно зависит от концентрации поглотителей тепловых нейтронов и помехоустойчиво относительно влияния изменений влажности и плотности пород, концентрации поглотителей надтепловых нейтронов и др. При проведении импульсного HHK (ИННК), показания которого более чувствительны к изменению типа пластового флюида, измеряется декремент временного спада плотности потока тепловых нейтронов после кратковременного облучения (импульса) быстрых нейтронов. При фиксированной длине зонда временное изменение показаний детектора тепловых нейтронов определяется их временем жизни в исследуемом пласте. Отношение показаний на двух зондах зависит от пространственного распределения тепловых нейтронов, которое, в свою очередь (через коэффициент диффузии тепловых нейтронов), характеризует содержание водорода в породе (рассеивающие свойства). ИННК может проводиться в обсаженных (в т.ч. оборудованных фонтанной и насосно-компрессорной арматурой) скважинах без остановки их эксплуатации.

HHK применяется при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых для количественного определения пористости и других коллекторских свойств горной породы, корреляции разрезов скважин; контроля продвижения пластовых вод, выявления интервалов обводнения пластов и положения водонефтяного контакта, определения поглощающих и неработающих пластов; контроля гидроразрыва, соляно-кислотных обработок пластов и испытаний скважин; контроля технического состояния скважин, количественного определения содержания химических элементов (редких, рассеянных и др.), изучения изменения водо-, нефте- и газонасыщенности (повторными наблюдениями), а также для контроля за сооружением и эксплуатацией подземных газохранилищ, интенсификации разработки месторождений, проведения мероприятий по охране недр и окружающей среды.