Нейтронный гамма-каротаж

НГК основан на измерении характеристик гамма-излучений, возникающих в процессе поглощения нейтронов в горных поро­дах при их облучении внешним источником нейтронов (рис. 2).

При НГК исследования ведутся с помощью скважинного при­бора, содержащего источник нейтронов и детектор гамма-излучений. Точка записи – середина расстояния между источником и детектором для однозондовых приборов и середина между двумя детекторами для компенсированных (двухзондовых) приборов.

Рис. 2. Схема прибора нейтронного гамма-каротажа

Общая интенсивность гамма-излучения, регистрируемая при НГК, слагается из трех компонент:

1) интенсивности гамма-излучения, возникающего в результате радиационного захвата нейтронов ядрами породы (радиационное или вторичное гамма- излучение) J_ng;

2) гамма-излучения источника нейтронов, ко­торое воздействует на индикатор непосредственно или вследствие облучения стенок скважины гамма-лучами, часть которых рассеивается породой в направлении индикатора J_gg; для ослабления непосредственного гамма-излучения от нейтронного источника между ним и индикатором устанавливается свинцовый экран;

3) естественного гамма-излучения J_g, обусловленного естественной радиоактивностью породы.

Величина радиационного захвата нейтронов ядрами породы J_ng является наиболее важной составляющей, которая значительно превышает J_gg и J_g.

Интенсивность радиационного захвата J_ng при НГК оценивается числом нейтронов, поглощаемых в единице объема среды, окружающей индикатор. Гамма-излучения, которые возникают за пределами этой среды, поглощаются породой раньше, чем достигают индикатора.

Взаимодействие быстрых нейтронов с веществом происходит по следующей схеме: вначале наблюдается замедление, при котором в результате столкновения и рассеяния на ядрах вещества быстрые нейтроны теряют энергию, становятся сначала надтепловыми, а далее тепловыми. Затем возникает диффузия, при которой тепловые нейтроны мигрируют без существенного изменения энергии. На последнем этапе миграции нейтронов происходит их поглощение, т.е. захват ядрами элементов с испусканием гамма-квантов.

Плотность нейтронов в зоне размещения детектора в среде с большим водородосодержанием мала, поскольку в такой среде нейтроны замедляются, поглощаются в основном вблизи источника, и зоны размещения детектора достигает небольшое их число. Поэтому породы с высоким водородосодержанием на диаграммах НГК отмечаются низкими показаниями. В малопористых породах с низким водородосодержанием плотность нейтронов вблизи детектора увеличивается, что вызывает повышение интенсивности радиационного захвата, а следовательно, показаний НГК.

НГК реагирует на наличие водорода в породе независимо от того, находится ли он в жидкости, заполняющей пустотное пространство породы, или же в химически связанном состоянии в минеральном скелете.

На результаты НГК значительное влияние оказывают эле­менты, обладающие аномально высокой способностью захвата нейтронов. К таким элементам относятся хлор, бор, литий, кад­мий, кобальт и др. При захвате нейтрона ядром атома водо­рода испускается 1 g-квант энер­гией 2,23 МэВ; при захвате ядром атома хлора излучается в среднем 3,1 g-кванта с сум­марной энергией около 8 МэВ.

Благодаря присутствию хлора в высокоминерализованной пластовой воде повышается интен­сивность радиационного гамма-излучения J_ng. В ре­зультате показания НГК против водоносной части продуктив­ного пласта могут быть завышены по сравнению с показаниями против нефтеносной его части. Эту особенность кривой НГК можно использовать для установления водонефтяного контакта (ВНК).

По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы – большого и малого водородосодержания.

К группе большого водородосодержания пород относятся глины, характеризующиеся высокой влагоемкостью (пористостью) и содержащие значи­тельное количество химически связанной воды, гипсы, отличающиеся малой пористо­стью, но содержащие химически связанную воду, а также кавернозные известняки. При измерениях зондами большой длины (L ≥ 40 см) на диаграм­мах НГК эти породы отмечаются низкими показаниями радиа­ционного гамма-излучения (рис. 3).

В группу малого водородосодержания пород входят малопористые разности – плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, а также гидрохимические образования (ангид­риты и каменная соль). На диаграммах НГК, зарегистрирован­ных зондами большой длины, эти породы выделяются высо­кими показаниями.

Против других осадочных пород (песков, песчаников, пористых карбонатов) показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода и хлора (насы­щенности водой различной минерализации, нефтью или газом).

Время жизни и длина замедления больше в нефтеносных пластах по сравнению с водоносными, так как в воде больше водорода. Следовательно, показания НГК выше в нефти, чем в воде.

В отдельных случаях, при одинаковых пористости и минерализации пластовых вод хлоросодержание нефтеносного коллектора меньше, чем водоносного, поэтому для водоносного коллектора характерны большее макроскопическое сечение захвата и более высокая интенсивность гамма-излучения радиационного захвата J_ng.

Природные газы: метан, пентан, пропан, содержащие водород, характеризуются, по сравнению с нефтью и водой, большими значениями времени жизни и длины замедления нейтронов. Газоносные пласты в общем случае отмечаются на кривой НГК более высокими показаниями, чем аналогичные пласты, заполненные нефтью или водой, т.к. газ из-за малой плотности имеет меньшее водородосодержание.

Процессы окаменения пород приводят к увеличению τ и L_s в соответствии с уменьшением пористости.

Масштаб регистрации кривых НГК – 0,1 или 0,2 усл.ед/см. Масштаб глубин 1:200, 1:500м.

К недостаткам можно отнести облучение персонала партии стационарным источником нейтронов (источником Pu+Be). Малый радиус исследования (50-60 см), что затрудняет оценку характера насыщения коллектора за счет большого влияния промытой зоны.

В современных устройствах для радиометрии скважин нейтронное и естественное гамма-излучение измеряют одновременно. Радиоактивный каротаж проводится аппаратурой СП-62, ДРСТ-3, РКС-3, СРК, СРК-М, ДИНА-РК, РКМТ.

Рис. 3

Дата добавления: 2014-11-18