Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж

При імпульсних нейтронних методах дослідженнях свердловин гірська порода опромінюється короткочасовими потоками нейтронів довжиною D t, які випромінюються один за іншим через певні проміжки часу t (Рис.113). Через деякий час t _з (час затримки) після закінчення генерую чого нейтронного імпульсу протягом часу D t _зам (часове вікно) проводиться вимірювання густини нейтронів n _т або продуктів їх взаємодії з гірською породою.

Відповідно змінюючи t _з при сталому D t _зам, можна отримати залежність густини нейтронів або інтенсивності радіаційного гамма-випромінювання від t _з і таким чином вивчити процес зменшення кількості частинок, що досліджуються, у гірській породі від часу після закінчення імпульсу швидких нейтронів. Інтерпретуючи такого роду залежності інтенсивності частинок, що досліджуються, від часу за відомими методиками, можна отримати нейтронні характеристики порід за розрізом свердловин.

У залежності від того, які елементарні частинки реєструються і при яких часових затримках t _з досліджується імпульсні нейтронні поля, розрізняють наступні методи: імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж за тепловими нейтронами ІННК, імпульсний нейтрон-нейтронний гамма-каротаж (ІНГК), імпульсний метод гамма-випромінювання непружного розсіювання (ІНГКР).

Детально розглянемо імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж, який найбільш широко використовується в даний час.

Просторово-часове розпреділення густини теплових нейтронів від імпульсного джерела швидких нейтронів визначається нейтронними параметрами середовища, що досліджується, які залежать як від дифузійних характеристик гірських порід D і t _n, так і від довжини сповільнення L _з, що характеризують їх сповільнюючи властивості. Таким чином, дані імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу несуть в собі інформацію про водневий вміст порід – через коефіцієнт дифузії D і довжину сповільнення L _з і про вміст в породах елементів із підвищеними січеннями захоплення s _з – через середній час життя теплових нейтронів t _n.

Величина коефіцієнта дифузії різних порід змінюється у відносно невеликих межах (0.4·10^-5¸3·10^-5 см²/с), залежить головним чином від водневого вмісту і не залежить від мінералізації пастових вод.

Основною величиною, яка вимірюється, в імпульсному нейтрон-нейтронному каротажі є середній час життя теплових нейтронів t _n. Встановлено, що змінюючи час затримки t _з, можна отримати відмінності у величинах густини нейтронів, що вимірюються проти нафтоносного та водоносного пластів. У цьому одна із основних переваг імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу.

Радіус зони дослідження ІННК R _д визначається водневим вмістом середовища та часом затримки:

.

Із збільшенням водневого вмісту середовища зменшується коефіцієнт дифузії теплових нейтронів і, відповідно, радіус дослідження. Глибинність ІННК безперервно зростає із збільшенням часу затримки. Однак, із збільшенням t _з падає швидкість рахунку імпульсів, що приводить до великих статистичних похибок вимірювання.

Вплив на величину густини теплових нейтронів у ІННК розміщення приладу в свердловині відносно її осі, обсадної стальної колони та цементного каменю, зони проникнення промивної рідини та інших факторів підпорядковано тим же самим законам, що і в стандартній модифікації ННК-Т. Однак при достатньо великих часових затримках на характер часового розподілу густини теплових нейтронів свердловинні умови не впливають.

В імпульсному нейтронному методі використовується вимірювальна свердловинна установка, яка складається із імпульсного свердловинного генератора нейтронів і розміщеного на деякій фіксованій відстані (довжина зонда) від нього індикатора густини нейтронів або гамма-випромінювання.

Принцип роботи свердловинного генератора нейтронів наступний. Мішень, яка представляє собою один із легких елементів (дейтерій, тритій, берилій, літій та інші), бомбардується потоком прискорених заряджених частинок. Для даної мети найчастіше використовуються реакції ²D(d, n)³He і ³T(d, n)⁴He бомбардування потоком іонів дейтерію (дейтронів) або тритію.

Основними конструктивними вузлами генератора нейтронів є прискорювальна трубка та джерело живлення високої напруги (Рис.115). Прискорювальна трубка представляє собою скляний балон, який заповнений дейтерієм. Іонізація дейтерію здійснюється електронами, які випромінюються розпеченим вольфрамовим катодом 2. Електрони прискорюються циліндричним анодом 4 і під дією поздовжнього магнітного поля, утвореного котушкою 3, переміщуються вздовж нього по спіральним траєкторіям. Високовольтний електрод 5, в якому розміщена мішень 6, живиться змінною синусоїдною напругою із вторинної обмотки високовольтного трансформатора Тр. При від’ємному потенціалі на електроді 5 електрони, не доходячи до кінця циліндричного аноду, відбиваються і таким чином здійснюють всередині циліндра коливні рухи, які іонізують дейтерій. У цей же час утворені позитивно заряджені дейтрони прискорюються і, бомбардуючи мішень 6 із цирконію або титану, насичених тритієм, генерують нейтрони із енергією до 14 МеВ.

В ІННК, як і в інших методах радіометрії свердловин, від швидкості запису V і сталої інтегрування t _я залежить статична точність вимірювань та вплив на форму кривих інерційності апаратури, тому при виборі даних величин керуються тими ж вимогами, що і при проведенні гамма-каротажу. Переважно на практиці ІННК V =100¸120 м/год. при t _я=12 с.