Нейтронный-гамма-каротаж (НГК). Физические основы, технология работ, принципы интерпретации, решаемые задачи.

Нейтронный гамма-каротаж - метод исследований скважин, основанный на облучении г. п. быстрыми нейтронами и регистрации гамма-излучения, возникающего при захвате тепловых нейтронов в г. п.

Породу облучают постоянным потоком нейтронов, а в ответ регистрируют образовавшееся гамма-излучение. Соответственно геофизический зонд состоит из источника нейтронов (Po-Be с выходом нейтронов 4...10*106 n/сек), а также детектора гамма-квантов (сцинтилляционный счётчик с кристаллом NaI(Tl)).

Быстрые нейтроны, после многочисленных соударений с атомами лёгких элементов, теряют часть своей энергии и замедляются до тепловых энергий (около 0,025 эВ). Показания метода, по этой причине, в основном зависят от содержания водорода в исследуемой среде. Это свойство позволяет детектировать как нефть, так и воду в коллекторах. Вдобавок, НГК позволяет отчасти измерять минерализацию пластовых вод, так как они содержат хлор, который повышает вторичное гамма-излучение. Также метод подходит для литологического расчленения скважины и определения мощности пластов.

Следует упомянуть реакцию НГК на глины. Несмотря на то, что глина — классический водоупор, который практически не пропускает воду, в ней присутствует огромное количество субкапиллярных пор, которые уже заполнены так называемой связанной водой, которая не в состоянии покинуть глину из-за поверхностного натяжения, водородных связей и других факторов. По этой причине внешне практически сухая глина даёт аномально низкие показания.

Схематическая диаграмма НГК. I — наблюдённая кривая, II — теоретическое поле. Породы: 1 — глины; 2 — песчаник; 3 — известняк. В глине всегда содержится большое количество связанной воды в порах (до 44%). В плотном известняке воды и других содержащих водород веществ практически нет.

Где ℇз-эффективное макроскопическое сечение захвата n, выражающее способность среды поглощать n.

Скважинный прибор состоит из источника быстрых нейтронов (т.н. изотопного c постоянным потоком нейтронов или импульсного) и удалённого от него на расстояние 40-80 см одного или неск. детекторов гамма-излучения (газоразрядного, сцинтилляционного, полу- проводникового). При использовании изотопного источника между ним и детектором помещают фильтр, поглощающий прямое излучение (металл, парафин и т.п.). НГК в интегральной модификации широко применяется для выделения и оценки нефте-, водо- и газонасыщенности коллекторов, пластов угля в разрезе необсаженных и обсаженных скважин, т.к. показания НГК существенно зависят от содержания в г. п. ядер атомов водорода (аномально сильного замедлителя быстрых нейтронов), a также углерода. Для подсчёта открытой пористости г. п. учитывается, по др. данным, доля водорода, входящего в состав связанной воды. НГК спектрометрич. модификации применяется для определения содержаний в г. п. железа, хрома и др. элементов, ядра которых при захвате нейтронов излучают гамма-кванты c характерными энергиями. Импульсный НГК (ИНГК) применяется для разделения пластов, насыщенных нефтью и минерализованной водой (≥10-20 г/л NaCl), для оценки концентраций бора, ртути, солей хлора, редких земель, имеющих большие сечения захвата нейтронов. ИНГК за счёт импульсного (пульсирующего) источника обладает повышенной помехоустойчивостью и эффективно применяется для определения положения BHK и ГНК в скважинах co сложной конструкцией, в т.ч. в обсаженных, оборудованных насосно- компрессорной арматурой. ИНГК используется при контроле за разработкой и при доразведке м-ний нефти и газа.