Τι (ποιος) είναι Нейтронный каротаж - ορισμός

метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. В скважину опускают толстостенную стальную гильзу, содержащую нейтронный источник (См. Нейтронные источники) и детектор, регистрирующий вторичное излучение. Последнее возникает в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами породы (см. Нейтронные детекторы). Между источником и детектором устанавливается фильтр из парафина, Pb или Bi, препятствующий прямому попаданию нейтронов из источника в детектор. Сигналы детектора, усиленные и сформированные с помощью электронных устройств, передаются по кабелю наверх для регистрации и анализа. Перемещая гильзу вдоль скважины (рис.), записывают каротажную диаграмму - зависимость скорости счёта сигналов от глубины. Н. к. был впервые осуществлен в США (Б. М. Понтекорво, 1941), в СССР развитие Н. к. связано с именами Б. Б. Лапука и Г. Н. Флёрова.

Существует около 10 вариантов Н. к., отличающихся типом нейтронного источника, видом вторичного излучения, а также характером получаемой информации. В случае нейтрон-нейтронного каротажа регистрируются тепловые нейтроны, образующиеся в результате замедления в горной породе быстрых нейтронов источника (см. Замедление нейтронов). При нейтронном γ-каротаже регистрируются γ-кванты, возникающие при захвате медленных нейтронов ядрами (см. Медленные нейтроны). В этих вариантах Н. к. с источником непрерывного действия определяется относительное количество водорода в пластах. Так как водород - наиболее эффективный замедлитель нейтронов, то в породах с порами, заполненными водой или нефтью, нейтроны замедляются уже на небольших расстояниях от источника. Например, в песчанике с 20\%-ной пористостью расстояние, в котором около 60\% нейтронов источника (с энергией 5 Мэв) становятся тепловыми, - порядка нескольких см. Число тепловых нейтронов (или γ-квантов радиационного захвата (См. Радиационный захват)), достигающих при этом детектора, невелико, так как расстояние до него существенно больше (30-50 см). С уменьшением содержания водорода в пласте длина замедления растет, нейтроны становятся тепловыми в области, более близкой к детектору, и число его отсчётов увеличивается. Т. о., минимумы на каротажной диаграмме соответствуют пластам с повышенным содержанием водорода.

Кроме пористых пластов (песчаника, известняка) с водой или нефтью, диаграммы Н. к. дают возможность выделить более плотные пласты, границы пластов, глинистые прослойки, а также границы между жидкостью и газом, что даёт возможность применять Н. к. при поисках месторождений газа.

Н. к. с источником непрерывного действия не даёт, однако, возможности надёжно отличать пласты, насыщенные водой и нефтью, так как они как замедлители нейтронов неразличимы. Для этой цели эффективнее оказался Н. к. с импульсным источником (импульсный Н. к.). Пластовая вода обычно содержит минеральные соли, например NaCI, в то время как в нефти они отсутствуют. Из-за поглощения нейтронов в Cl время жизни τ тепловых нейтронов в пласте, содержащем воду, меньше, чем в нефтяном пласте. В импульсном Н. к. нейтроны испускаются в течение коротких интервалов времени - от 1 до 10 мксек, а регистрируются лишь те сигналы от детектора, которые приходят через время t > τ после нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от τ. В пласте, содержащем воду, для которого τ невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, τ больше и нейтронов остаётся больше. В районах с сильной минерализацией пластовых вод (200 г NaCI на 1 л) достигаются десятикратные различия в показателях прибора против нефте- и водонасыщенных участков пласта. Импульсный Н. к. получил распространение после создания малогабаритных импульсных нейтронных генераторов.

В Н. к. с регистрацией γ-квантов применяются Сцинтилляционный счётчик и полупроводниковые детекторы (См. Полупроводниковый детектор), обладающие высокой разрешающей способностью. Измерение спектра γ-квантов радиационного захвата позволяет осуществлять элементный анализ горных пород. Используя при этом импульсный Н. к., удаётся определять и спектр γ-лучей, возникающих при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах. Такой вариант Н. к. сулит возможность выделения нефтеносных пластов по содержанию С, т. е. независимо от наличия солей в пластовых водах.

В СССР Н. к. входит в комплекс обязательных геофизических работ, проводимых на всех скважинах, вводимых в строй. Н. к. применяется также для поиска пропущенных нефтяных горизонтов в старых скважинах.

После облучения породы нейтронами в ней возникает радиоактивность, измерение которой даёт также информацию о составе породы (нейтронно-активационный каротаж). Основанные на этом методы Н. к. применяются при поиске полезных ископаемых и в др. геологических исследованиях.

Лит.: Pontecorvo В., Neutron well logging new geological method based on nuclear physics, "Oil and Gas Journal", 1941/42, v. 40, № 18; Филиппов Е. М., Прикладная ядерная геофизика, М., 1973; Основы импульсного нейтрон-нейтронного каротажа, М., 1965; Арцыбашев В. А., Ядерно-геофизическая разведка, М., 1972.

Б. Г. Ерозолимский.

Рис. к ст. Нейтронный каротаж.

геофизические исследования скважин, выполняемые с целью изучения геологических разрезов и выявления полезных ископаемых. Термин "К.", вошедший в практику горного дела, не вполне соответствует описываемому понятию. Вместо К. в научно-технической литературе также используются термины: геофизические методы исследования скважин, промысловая геофизика, буровая геофизика.

Первые геофизические исследования в скважинах - измерения температуры - были выполнены Д. В. Голубятииковым в 1908 на нефтяных промыслах в Баку. В 1926 братьями Шлюмберже (Франция) был предложен электрический К. скважин (метод кажущегося сопротивления). Высокая эффективность электрического К. обеспечила его быстрое внедрение в нефтяную промышленность и дала толчок для создания др. методов исследования скважин. В Сов. Союзе большой вклад в разработку теории, методики и техники К. внесли Л. М. Альпин, М. И. Бальзамов, Г. В. Горшков, В. Н. Дахнов, А. И. Заборовский, А. А. Коржев, С. Г. Комаров, Б. Понтекорво, А. С. Семенов, М. М. Соколов, В. А. Фок, В. А. Шпак и др. Важные исследования в области теории и методики К. выполнены в США (Г. Арчи, Г. Гюйо, И. Деваном, Г. Доллем, М. Мартеном, В. Расселом, М. Уайли и др.).

Геофизические исследования скважин осуществляются электрическими, магнитными, радиоактивными (ядерными), термическими, акустический (ультразвук) и др. методами. При их проведении вдоль ствола скважины с помощью геофизических датчиков, спускаемых на кабеле, измеряются некоторые величины, зависящие от одного или совокупности физических свойств горных пород, пересеченных скважиной. Сигналы от датчика передаются на поверхность и регистрируются наземной аппаратурой, установленной на автомашине (см. Каротажная станция) в аналоговой (в виде диаграмм) или цифровой форме (рис.).

При электрических методах исследования изучаются удельное электрическое сопротивление, диффузионно-адсорбционная и искусственно вызванная электро-химическая активности горных пород. На изучении удельного электрического сопротивления основываются методы кажущегося сопротивления, включая метод микрозондов (см. Микрокаротаж), сопротивления экранированного заземления (боковой К.) и индукционный. Различие в диффузионно-адсорбционной активности пород используется в методе самопроизвольной поляризации, а способность пород поляризоваться под действием электрического тока - в методе вызванной поляризации. При магнитном методе измеряется магнитная восприимчивость горных пород. Радиоактивные (ядерные) методы основываются на измерении в скважинах естественного или искусственно вызванного радиоактивного излучения пород. В последнем случае применяются методы: нейтронный, гамма-гамма, наведённой активности и радиоактивных изотопов. Ядерно-магнитный метод исследования заключается в наблюдении за изменением эдс, возникающей в породе после её обработки поляризующим магнитным полем. При термических методах изучается температура в скважинах. Акустический (ультразвук) метод основывается на изучении скорости и затухания упругих волн в породах. Газовый каротаж и Люминесцентно-битуминологический каротаж относятся к геохимическим методам исследования. Иногда применяется исследование скважин, основанное на изучении механических свойств (разбуриваемости) пород в процессе бурения (механический К.).

В задачу геофизических исследований скважин входит: корреляция (сопоставление) разрезов скважин; определение литологии и глубины залегания пройденных скважиной пород; выделение и оценка запасов полезных ископаемых (нефти, газа, воды, угля, руд, строительных материалов); контроль за разработкой месторождений нефти и газа. К. - основной способ геологической документации разрезов глубоких скважин.

Лит.: Комаров С. Г., Геофизические методы исследования скважин, М., 1963; Померанц Л. И. и Чукин В. Т., Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование, М., 1966; Дахнов В. Н., Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин, М., 1972.

В. М. Добрынин.

Схема электрического исследования скважины методами кажущегося сопротивления и самопроизвольной поляризации (по В. Н. Дахнову): а - разрез скважины (КС - каротажная станция; К - кабель; А, М, N и В - электроды; 1 - глины; 2 - пористые водоносные пески или песчаники; 3 - пористые нефтеносные пески или песчаники; 4 - плотные песчаники; 5 - гипсы); 6 - диаграммы кажущегося сопротивления (ρ_k) и самопроизвольной поляризации (U_сп).