Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж

Наиболее широко применяется импульсно нейтрон-нейтронный каротаж, при котором регистрируется плотность тепловых нейтронов. Пространственно-временное распределение плотности тепловых нейтронов от импульсного источника быстрых нейтронов определяется нейтронными параметрами исследуемой среды, зависящих как от диффузионных характеристик горных пород D и τ_n так и от длины замедления L_з, характеризующей их замедляющее свойства. Таким образом, данные импульсного нейтрон-нейтронного каротажа несут в себе информацию о водородосодержании пород – через коэффициент диффузии D и длину L_з и о содержании в породах элементов с повышенными сечениями захвата – через среднее время жизни тепловых нейтронов τ_n.

Величина коэффициента диффузии различных пород варьирует в относительно небольших пределах (0,4∙10^-5 - 3∙10^-5 см²/с), зависит главным образом от водородосодержания и не зависит от минерализации пластовых вод.

Величина среднего времени жизни тепловых нейтронов горных пород определяется их поглощающими свойствами и изменяется в значительно больших пределах (4,6 – 1065 мкс), чем коэффициент диффузии.  

В общем случае двух сред с разным водородосодержанием (D₁ D₂) с разными поглощающими свойствами, т.е. среднее время жизни тепловых нейтронов первой среды τ не равно τ_n2, второй среды на заданном расстоянии от источника, отношение плотностей тепловых нейтронов этих сред

 [n₁(τ) и n₂(τ)].

n₁(τ) / n₂(τ) (D₁ D₂) exp [τ_s((1/ τ_n1) – (1/ τ_n2))]           (1)

Величина n₁ /n₂   в большей степени зависит от поглощающих свойств гордых пород, чем от замедляющих, что и находит свое отражение при использовании ИННК для изучения разрезов скважин.

Основной измеряемой величиной в импульсно нейтрон-нейтронном каротаже является среднее время жизни тепловых нейтронов τ_n. Из формулы (1) следует, что, изменяя время задержки τ_s можно получить сколь угодно большие различия в величинах измеряемых плотностей нейтронов против нефтеносного и водоносного пластов. В этом одно из основных преимуществ импульсного нейтрон-нейтронного каротажа.

Радиус зоны исследования ИННК R_ис определяется водородосодержанием среды и временем задержки:

С увеличением водородосодержания среды уменьшается коэффициент диффузии тепловых нейтронов и, следовательно, радиус исследования. Глубинность ИННК непрерывно возрастает с увеличением времени задержки. Однако с увеличением τ₃ падает скорость счета импульсов, что приводит к большим статистическим погрешностям измерений.

В силу большой энергии нейтронов, испускаемых скважинным генератором нейтронов (до 14 МэВ), при соответствующем выборе времени задержки (τs = 1000 – 12000 мкс) радиус исследования ИННК (60-80 см) намного превышает глубинность нейтронных методов с ампульными нейтронными источниками. В этом существенное преимущество импульсного нейтрон-нейтронного каротажа.

Размер зонда оказывает влияние на расчленяющую способность ИННК против маломощных пластов и точность определения среднего времени жизни тепловых нейтронов. Длина зонда обуславливается расстоянием от мишени генератора нейтронов до середины индикатора. Точка записи условно относится к мишени прибора. При работе в нефтяных скважинах используется зонд длинной L_n=30 см, в газовых скважинах – зонд с L_n = 50.

Влияние на величину плотности тепловых нейтронов в ИННК положения прибора в скважине относительно ее оси, стальной обсадочной колонны и цементного кольца, зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости и других факторов подчинено примерно тем же законом, что и в стандартной модификации ННМ-Т. Однако при достаточно больших временах задержки на характере временного распределения плотности тепловых нейтронов скважинные условия почти не сказываются. Импульсы источника повторяются через небольшое время (обычно 10-400 раз в 1 с) и при ИННК регистрируется интенсивность тепловых нейтронов для некоторого значения времени задержки, усредненная по большому числу импульсов источника.