Нейтронный каротаж

(a. neutron logging; н. Neutronenlog, Neutronenmessung; ф. diagraphie aux neutrons; и. carotaje neutronico, carotaje de neutron) — общее название нейтронных методов изучения разреза и контроля техн. состояния скважин при поисках и разведке м-ний полезных ископаемых (нефти, газа, угля, руд железа, хрома и др.). H. к. предложен в 1941 Б. M. Понтекорво, в CCCP начал разрабатываться в кон. 40-x гг. по инициативе И. B. Курчатова и H. K. Байбакова под науч. руководством Г. H. Флёрова. При проведении H. к. в измерительный скважинный прибор помещается источник c постоянным или импульсным потоком быстрых нейтронов (энергия нейтронов E≥10⁶ эB) и на нек-ром фиксированном расстоянии от него — один или неск. детекторов медленных (тепловых) нейтронов или гамма-излучения, возбуждённого в г. п. нейтронами. Первоначально в течение 10^-6 c нейтроны замедляются до энергии теплового движения атомов (Eт — 10^-2 эB) за счёт упругого и неупругого взаимодействия c их ядрами. При упругом взаимодействии потеря энергии y нейтронов тем больше, чем меньше масса ядра. Аномально сильным замедлителем являются ядра водорода, c увеличением концентрации к-рого (Cн) в г. п. уменьшается cp. расстояние, на к-ром быстрые нейтроны замедляются (cp. длина замедления, L3). Неупругое замедление нейтронов сопровождается излучением гамма-квантов и не зависит от Cн. После замедления тепловые нейтроны дифундируют в г. п. и постепенно захватываются ядрами атомов. Длительность процесса диффузии 10^-3 — 10^-2 c. Cp. время жизни тепловых нейтронов (τ) определяется наличием ядер c большим сечением захвата (B, Cl, Hg, редкие земли). Коэфф. диффузии тепловых нейтронов D зависит от Cн. Cp. пробег тепловых нейтронов до поглощения характеризуется cp. длиной диффузии (Lg). Захватывая тепловые нейтроны, ядра излучают γ-кванты c характерной для каждого изотопа энергией и периодом полураспада (напр., T1/2 для ²⁸Al 2,5 мин, ²⁴Na 14 ч).

B CCCP разработаны разл. модификации H. к., основанные на использовании импульсных и постоянных источников нейтронов, на регистрации надтепловых (E — 0,1 эB) нейтронов (Нейтрон-нейтронный каротаж, HHK-H), тепловых нейтронов (нейтрон-нейтронный и импульсный нейтрон-нейтронный каротаж HHK-T, ИННК-T) и вторичных гамма-квантов (Нейтронный гамма-каротаж, НГК, и Нейтронно-активационный каротаж). Радиус (глубина) исследования прискважинной зоны для ИНГК и ИННК — 50 см; для НГК — 20 см, для HHK-H — 10 см. Методика измерений осуществляется таким образом, чтобы результат определялся к.-л. одним процессом. Напр., для выявления нефтеносных или водоносных коллекторов исследуют зависимость L₃ от концентрации водорода Cн путём спец. подбора расстояний (r) между источником и детектором. Для коллекторов характерны уменьшение L₃ (c 25 до 15 см), более интенсивное замедление нейтронов вблизи источника и уменьшение проникновения нейтронов на расстояния r ≥ 2L₃. Для изучения концентраций элементов c большим сечением захвата тепловых нейтронов разработаны методики, основанные на изучении процесса диффузии и захвата нейтронов (ИННК, ИНГК). Для многоэлементного анализа г. п. применяют гамма-спектрометрич. модификации НГК (в импульсном варианте отдельно регистрируют излучения при неупругом замедлении быстрых нейтронов и захвате тепловых нейтронов). Для определения концентрации Al, O, Na, F и др. используют нейтронно-активационный каротаж. Разра- батываются динамич. модификации H. к. (повторные наблюдения одного и того же объекта в процессе естественного и искусственно вызванного изменения, напр. в прискважинной зоне коллекторов). H. к. широко применяется в CCCP и за рубежом; создана серийная техника, разработан петрофиз. и матем. аппарат для геол. интерпретации результатов, разработана техника безопасности работы c нейтронными источниками.

Литература: Скважинная ядерная геофизика. Справочник геофизика, M., 1978; Кожевников Д. A., Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефтегазопромысловой геологии, 2 изд., M., 1982; Резванов P. A., Радиоактивные и другие неэлектрические методы исследования скважин, M., 1982; Теория нейтронных методов исследования скважин, M., 1985.

O. Л. Кузнецов, Ю. C. Шимелевич.