Аппаратура и методика работ

В ИННК применяется измерительная скважинная установка, состоящая из импульсного скважинного генератора нейтронов и расположенного на некотором фиксированном расстоянии (длина зонда) от него детектора нейтронов. Модель скважинного прибора для работ методом ИННК представлена на рисунке.

Принцип работы скважинного генератора нейтронов следующий. Мишень, представляющая собой один из легких элементов(дейтерий, тритий, бериллий, литий и др.),бомбардируется потоком ускоренных заряженных реакций ²D(d,n) ³He и ³T(d,n) ⁴He бомбардировки потоком ионов дейтерия (дейтонов) или трития.

Основными конструктивными узлами генератора нейтронов являются ускорительная трубка и источник питания высокого напряжения (рис.). Ускорительная трубка представляет собой стеклянный баллон, заполненный дейтерием (изотопом водорода ²Н).

Рис2. Ускорительная трубка генератора нейтронов

 Ионизация дейтерия осуществляется электронами, эмиссируемыми накаленным вольфрамовым катодом электроны ускоряются цилиндрическим анодом  и под действием продольного магнитного поля, образованного катушкой, перемещаются вдоль него по спиральным траекториям. Высоковольтный электрод, в котором расположена мишень, питается переменным синусоидальным напряжением с вторичной обмотки высоковольтного трансформатора Тр. При отрицательном потенциале на электроде электроны, не доходя до конца цилиндрического анода, отражаются и таким образом совершают внутри цилиндра колебательные движения, ионизирующие дейтерий. В это же время образовавшиеся положительно заряженные дейтроны ускоряются и, бомбардируя мишень 6 из циркония или титана, насыщенных тритием, генерируют нейтроны с энергией до 14 МэВ.

Расход дейтерия в ускорительной трубке восполняется с помощью натекателя, который представляет собой спираль из титановой проволоки, насыщенной дейтерием. При работе генератора натекатель нагревается током, и сорбированный дейтерий выходит из него в объем трубки.

Генератор нейтронов может работать в непрерывном и импульсном режимах. Импульсный режим работы осуществляется подачей положительного потенциала. На цилиндрический анод подается переменное напряжение в виде прямоугольных импульсов требуемой длительности от специального генератора, синхронизированного с высоковольтным трансформатором Тр. Имеются и другие конструкции генераторов нейтронов.

Существуют два варианта скважинных измерений ИННК – непрерывная запись и запись по  точкам.

При точечной записи ИННК получают более точные значения среднего времени жизни тепловых нейтронов а пласте. Его определяют по графикам спада плотности тепловых нейтронов в эталонных скважинах.

Точки замеров выбираются по дифференциациальным кривым ИННК (при фиксированном окне и на различных задержках). Расстояния между точками измерений в однородных нефтеносных пластах большей мощности должны быть 0,6-0,8 м, в литологически неоднородных пластах малой мощности 0,4-0,5 м, в водоносных пластах 0,8-1,0 м. Время замера в каждой точке должно обеспечивать скорость счета в интегральном канале (10⁵-10⁶) импульсов.

Среднее время жизни тепловых нейтронов в пласте можно определить и по непрерывным кривым ИННК, записанным при различном фиксированном временном окне, хотя погрешность измерений в этом случае больше.

При выборе времени задержки и временного окна должно соблюдаться условие τ > τ_n  > τ_з.

С целью уменьшения статистических погрешностей измерения при записи кривых ИННК в нефтяных и газовых скважинах ограничиваются задержками    τ_з=1000 – 1200 мкс.

С увеличением временного окна ∆τ_з при выбранной задержке повышается скорость счета в канале, а следовательно, уменьшается погрешности измерений. Учитывая диапазон измерения в продуктивных пластах, ∆τ для газоносных пластов следует брать больше, чем для нефтеносных пластов. Обычно при изучении продуктивных пластов принимают  ∆τ_з=200 мкс.

Масштабы записи кривых ИННК выбираются таким, чтобы в исследуемом интервале разреза скважины была максимальная дифференциация пластов в пределах ширины диаграммной ленты.

В методе ИННК, как и в других методах радиометрии скважин, от скорости записи V и постоянной интегрирования τ_я зависит статистическая точность измерений и влияние на форму кривых инерционности аппаратуры, поэтому при выборе этих величин руководствуются теми же требованиями, что и при проведении гамма-метода. Обычно в практике ИННК V=100-120 м/ч при τ_я =12 с.

Наиболее близкие к истинным значениям исследуемых пород коэффициент диффузии D и среднее время жизни нейтронов τ_n получают при достаточно больших временах задержки τ_з и при условии (время жизни тепловых нейтронов в пласте и скважине), когда характер связи n=f(τ) перестает зависеть от параметров скважины. В первый момент после действия импульса быстрых нейтронов в скважине плотность тепловых нейтронов в ней становится выше, чем в пласте, следовательно, диффузия нейтронов направлена преимущественно из скважины в пласт. В следующий момент времени тепловых нейтронов быстрее поглощаются в скважине, так как .

Затем наступает момент, когда плотность тепловых нейтронов в пласте становиться выше, чем в скважине, и тепловые нейтроны диффундируют, наоборот, в скважину. Регистрируемая плотность тепловых нейтронов в этот момент времени будет пропорциональна плотности нейтронов в горной породе, т.е. будет отражать нейтронные характеристики исследуемых пластов.

В случае , промывочная жидкость в скважине должна быть заменена более минерализованной, чтобы выполнялось неравенство .