Методы специальных зондов кажущегося сопротивления. Радиоактивные методы исследования скважин

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЯМАЛЬСКИЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ ИНСТИТУТ(ФИЛИАЛ)

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

По дисциплине: «Промысловая геофизика»

Тема: «Методы специальных зондов кажущегося сопротивления. Радиоактивные методы исследования скважин.»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 4 курса 

группы НРГ-08

Кульгишие З.З.

 

Проверил:

Ефремов А.А.

 

 

 

 

 

 

Новый Уренгой – 2012

 

ОГЛаВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. Метод кажущихся сопротивлений. 3

1.1. Зонды для работ методом КС 3

1.2. Методика и техника метода КС 5

1.3.Интерпретация и область применения метода КС 6

ГЛАВА 2. ГАММА-КАРОТАЖ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА 8

2.1. Аппаратура и методика каротажа 8

2.2. Интерпретация результатов 9

2.3. Гамма-гамма-каротаж 11

2.4. Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом 12

2.5. Плотностной  гамма-гамма-каротаж 14

2.6. Селективный гамма-гамма-каротаж 16

2.7. Рентген-радиометрический каротаж 16

 

 

ГЛАВА 1. Метод кажущихся сопротивлений.

Скважинные исследования методом кажущихся сопротивлений (каротаж КС) основаны на расчленении  пород, окружающих скважину, по их удельному  электрическому сопротивлению (УЭС).

1.1.Зонды для работ методом КС.

Простейшим зондом для  измерения силы тока, проходящего  в буровом растворе и окружающих скважину породах, служит одноэлектродный  зонд. В этом виде исследований, называемом токовым каротажом, один электрод заземлен неподвижно, вблизи устья скважины, а второй - закреплен на кабеле (рис. 7.5, а). В результате перемещения зонда по скважине регистрируется кривая изменения силы тока.

Рис. 1. Различные зонды для электрического каротажа скважин: А, В -

Чаще всего при работах  методом КС используются трехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине (четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины). Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного M и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным. В обоих случаях расчет КС ведется по формуле метода сопротивления 

, где  - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде; ( - разность потенциалов между приемными электродами M и N; - сила тока в питающей цепи АВ).

В трехэлектродном зонде

или

, где AM, AN, MN, MB, NB - расстояния в метрах между соответствующими электродами.

Название зонда складывается из обозначения электродов, расположенных  в скважине сверху вниз и расстояний между ними. Например, в зонде А2М0,05N сверху расположен питающий электрод А, далее в двух метрах - приемный электрод M, а в пяти сантиметрах от последнего - электрод N. Различают потенциал- и градиент-зонды (рис. 7.5). В потенциал-зонде расстояние между приемными MN или питающими АВ (их называют парными) электродами превышает расстояние от непарного электрода А или M до ближайшего парного. Точка записи, к которой относится измеренное кажущееся сопротивление, располагается посередине АМ (точка О). В градиент-зонде расстояние между парными электродами в пять-десять раз меньше расстояния до непарного. Точка записи находится посередине MN. Если парные электроды располагаются выше непарного, то зонд называется кровельным (или обращенным), а если под питающим, то подошвенным (или последовательным). Расстояние AM у потенциал-зонда и АО (или МО) у градиент-зонда называется размером зонда. Обычно размер зонда меняется от 0,5 до 3 м. Радиус обследования пород вокруг скважины примерно равен размеру зонда.

Иногда используются более  сложные 5 - 7-электродные зонды. Благодаря  различной комбинации питающих и  приемных электродов с помощью этих зондов создаются направленные фокусированные электрические поля, что позволяет  точнее отбить границы пластов и  определить их сопротивление. Такие  зонды используются при боковом  каротаже. Для выявления тонких пластов  применяются микрозонды.

1.2. Методика и техника метода КС.

 Как отмечалось выше, при исследованиях методом КС  может регистрироваться либо  сила тока (токовый каротаж), либо  разность потенциалов. В результате  токового каротажа (в сухих скважинах  он называется методом скользящих  контактов, или МСК) получают токовые диаграммы, характеризующие изменение силы тока по стволу скважины.

Основным видом скважинных электрических наблюдений является измерение КС ( ) по стволу скважины с помощью стандартного зонда с постоянным в данных геологических условиях размером. Это аналог электропрофилирования (ЭП) (см. 8.3.). Стандартный, или оптимальный для изучаемого района зонд обеспечивает наилучшее выделение по кривым КС слоев с разным удельным электрическим сопротивлением. Его вид и размеры зависят от поставленных задач и выбираются опытным путем. Чтобы получить кривую изменения КС по скважине, сила тока на питающих электродах обычно поддерживается постоянной, а измеренная непрерывная кривая разностей потенциалов на приемных электродах при постоянной длине зонда является фактически графиком изменения . Для перевода кривой (в милливольтах) в кривую (в ом \cdot метрах) изменяется лишь масштаб записи с учетом величины коэффициента установки и силы тока.

По диаграммам КС (по вертикали  откладываются точки записи, по горизонтали - ) можно получить лишь общее представление о сопротивлениях пород и об их изменении по стволу скважины Однако для расшифровки диаграмм и интерпретации результатов электроразведки большое значение имеет определение истинного значения сопротивления пород. Его получают с помощью боковых каротажных зондирований (БКЗ) или бокового каротажа (БК). Методика БКЗ сводится к последовательному выполнению работ КС несколькими (5 - 7) однотипными зондами разной длины (например, АО = 0,2; 0,5; 1; 2; 4; 7 м). Проведя измерения зондами разной длины, получаем кажущиеся сопротивления, соответствующие разным радиусам обследования пород вокруг скважины. Для каждого пласта, сопротивление которого необходимо определить, на логарифмических бланках строят кривую БКЗ, т.е. кривую зависимости КС от длины зонда. Кривые БКЗ интерпретируются с помощью специальных теоретических кривых (палеток БКЗ) так же, как это делается при интерпретации ВЭЗ В результате получают истинное сопротивление пород и оценивают глубину проникновения бурового раствора в среду.

1.3. Интерпретация и область применения метода КС.

 При токовом каротаже (в том числе МСК) сила тока, стекающего с помещенного в скважину питающего электрода, зависит от удельного сопротивления окружающих пород. Если питающий электрод расположен против хорошо проводящего пласта, то его сопротивление заземления уменьшается, а сила тока увеличивается. Вблизи высокоомных пород сила тока будет уменьшаться. На диаграммах хорошо выделяются лишь пласты с резко отличающимися от вмещающих пород свойствами, например, руды.

Интерпретация данных КС, как  и в электропрофилировании, начинается с визуального выделения на диаграммах КС аномалий , по которым определяют глубину залегания слоев с разными удельными электрическими сопротивлениями. Форма и характерные особенности кривых КС определяются не только сопротивлением и мощностью слоев, но и диаметром скважины, минерализацией бурового раствора, радиусом его проникновения в породу (последний зависит от пористости пород и разности давлений жидкости в пласте и стволе скважины), а также типом и размерами зонда, с помощью которого получена диаграмма.

Таким образом, с помощью  градиент-зонда легко выявить кровлю или подошву пласта, но трудно определить его мощность и местоположение середины. По графикам КС двух зондов - кровельного и подошвенного - определяются достаточно точно как положение, так и мощность пласта. Пласты малой по сравнению с длиной зонда мощностью как высокого, так и низкого сопротивления отмечаются трудно расшифровываемыми аномалиями. По значениям КС стандартного зонда, а также в результате интерпретации кривых БКЗ можно получить истинные значения сопротивлений окружающих пород и оценить радиус проникновения бурового раствора. Чем больше радиус проникновения бурового раствора, тем больше пористость пород и лучше их коллекторские свойства.

Второй этап интерпретации - корреляция похожих аномалий по кривым КС соседних скважин. Сначала выделяют четкие, характерные, повсеместно наблюдаемые  в изучаемом районе аномалии, приуроченные к какому-нибудь стратиграфическому горизонту большой мощности и  выдержанного простирания. Такие аномалии называются реперами. Затем выделяют промежуточные горизонты и строят геолого-геофизические разрезы.

Метод кажущихся сопротивлений, один из основных методов скважинных геофизических исследований, применяется  для геологической документации скважин, выделения пластов разного  литологического состава, определения  их глубины залегания и мощности, оценки пористости и коллекторских свойств пород, выявления полезных ископаемых, в том числе нефтегазоносных и водоносных пластов.

 

ГЛАВА 2. ГАММА-КАРОТАЖ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА

Гамма-каротаж (ГК) заключается в  измерении γ-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), содержащихся в горных породах, пересеченных скважиной.

Наиболее распространенными ЕРЭ  являются: U (и образующийся из него Ra), Тh и К.  У магматических пород максимальной активностью отличаются кислые породы (в основном, из-за повышенного содержания калия, в котором содержится около 0,7% радиоактивного изотопа К⁴⁰), минимальной -ультраосновные породы. Среди осадочных пород наиболее активны глины, обладающие высокой адсорбционной способностью, менее активны песчаники и, наконец, наименьшей активностью обладают известняки и доломиты, а также гидрохимические осадки (гипс, ангидрит, каменная соль). Исключение представляют только калийные соли, отличающиеся повышенной активностью, благодаря содержащемуся в них К.

2.1.Аппаратура и методика каротажа

Аппаратура  ГК   имеет,   в   принципе,   такое  же  устройство,   как   и полевые  радиометры. 

Запись показаний производится в единицах мощности экспозиционной дозы излучения (МЭД), выраженных в мкР/час.

Как правило, каротажные радиометры являются двухканальными и, кроме канала ГК, содержат еще один канал, предназначенный  для одновременной записи еще  одной диаграммы - НГК, ГГК или  ГНК.

Современные каротажные радиометры обеспечивают возможность не только определения  интегральной интенсивности Iγ, но и возможность спектрометрии, т.е. определения энергии поступающих на детектор γ-квантов, что позволяет определить, с каким ЕРЭ связана радиоактивность горной породы. Для этого один канал радиометра настраивают на энергию основной линии γ-излучения Ra226 - 1,76 МэВ, другой - на основную линию    Тh232 - 2,6 МэВ  и третий - на энергию γ-излучения  К40 - 1,46 МэВ.

При выполнении ГК важным моментом является соблюдение оптимальной скорости движения скважинного снаряда. Скорость каротажа должна быть такой, чтобы при движении детектора против пласта минимальной  интересующей исследователя мощности h показания радиометра успели достичь  максимальных значений Iγпл. При более высокой скорости, аномалия ГК получается меньшей интенсивности и растянутой по глубине. Оптимальную скорость каротажа вычисляют, исходя из мощности пластов h в метрах и постоянной времени τя  в секундах по формуле:  

Vопт = 1800h/τя*м/час.

В общем случае скорость ГК не должна превышать 360-400 м/час.  

 

2.2. Интерпретация результатов

Качественная интерпретация диаграмм ГК заключается в литологическом расчленении разреза, которое основано на различии горных пород по их радиоактивности. В общем случае однозначное определение  пород по одним лишь диаграммам ГК невозможно и решать эту задачу следует  при комплексном использовании  диаграмм всех видов каротажа (КС, ПС, НГК, АК и др.).

При количественной интерпретации  диаграмм ГК получают исходные данные (мощность рудных интервалов и содержание радионуклида) для подсчета запасов  радиоактивных руд.     

 Количественная интерпретация  диаграмм ГК основывается на  зависимости площади аномалии S от  мощности радиоактивного интервала  h и содержания в нем  радиоактивного элемента q, выражаемой уравнением:

S = K0*q*h,

где Ко - коэффициент пропорциональности, определяющий интенсивность γ-излучения пласта насыщенной мощности при единичном содержании в нем радиоактивного элемента. Величина Ко зависит от типа и размеров детектора, а также от плотности и zэф руды. Поскольку учесть все эти факторы аналитически весьма сложно, то величину Ко определяют экспериментально по измерениям на моделях пластов с известным содержанием радионуклида. Например, для урановых руд гидрогенного типа и счетчика МС-13   К₀ = 115 мкР/час  на 0,01% U

Определение   мощности.    Для   определения    мощности    рудного интервала используют способ 1/2*I_γ^max, 4/5* I_γ^max заданной интенсивности и др. Выбор способа зависит от мощности рудного подсечения, равномерности оруденения и некоторых других факторов.

Определение содержаний. Определение содержания для всех видов аномалий производится по формуле:

q = S/(100 х K₀ х h ) х %,

где h - мощность интервала, м.

Значение площади S в см*мкР/час определяется по замкнутому контуру, ограниченному кривой ГК, осью глубин и контактами пласта.

Введение поправок. При определении содержаний ЕРЭ необходимо учитывать, что какая-то часть γ-излучения поглощается в буровом растворе и обсадных трубах (если они есть).

Поправка на поглощение в буровом  растворе П_б.р и обсадных трубах П_т.р определяется по одной и той же номограмме, на которой нанесено 2 кривых: одна - для раствора (воды), другая - для железа (обсадных труб).        

 При определении по ГК  содержания U необходимо вводить еще поправку на состояние радиоактивного равновесия между ураном и радием, поскольку сам уран γ-квантов практически не дает, а все γ-излучение идет от радия и продуктов его распада. Состояние радиоактивного равновесия определяют по содержанию в руде U  и Ra, которые находят по лабораторным анализам керна.

В скважинах нефтяных и газовых  месторождений по диаграммам ГК определяют глинистость коллекторов. На диаграммах ГК проводят одну линию, соответствующую  глинам, другую - соответствующую чистым кварцевым    пескам.    Величину    отклонения    1_γ    от   этих   линий    на исследуемом    пласте   полагают   линейно    связанной   с   глинистостью коллектора С_гл.  

 

2.3.Гамма-гамма-каротаж

Гамма-гамма-каротаж (ГГК) заключается  в облучении горных пород γ-квантами искусственного источника и измерении рассеянного γ-излучения.

Аппаратура ГГК устроена так  же, как и аппаратура ГК, но скважинный снаряд дополняется источником γ-квантов. Расстояние между центрами детектора и источника называется длиной зонда. Чтобы прямое γ-излучение источника не попадало на детектор, между ними помещают свинцовый экран. Поскольку рассеянное излучение имеет более низкую энергию, чем прямое, то для уменьшения его поглощения в буровом растворе детектор γ-квантов так же, как и источник, прижимают к стенке скважины. Для уменьшения влияния кавернозности скважин и детектор, и источник могут быть размещены в небольшом выносном блоке, прижимаемом к стенке скважины и способном заходить в каверны.

 

  

 

Рис.2. Устройства скважинных снарядов для гамма-гамма-каротажа  

 

2.4.Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом

Существуют 3 основных процесса, которые  носят названия фотопоглощения, комптоновского рассеяния и образования пар. г

Фотопоглощение (фотоэффект) заключается в поглощении γ-кванта атомом вещества, его энергия уходит на отрыв от атома электрона и сообщение последнему импульса энергии. Атом остается возбужденным и переходит в нормальное состояние, испуская фотон рентгеновского излучения.

Фотоэффект наблюдается при  самых малых энергиях γ-квантов. Вероятность поглощения  τ_ф, при фотоэффекте   сложным   образом   зависит   от   энергии   γ-кванта    Е_γ    и химического состава вещества.

Комптоновское рассеяние - это неупругое рассеяние γ-квантов на электронах вещества, в результате которого γ-квант теряет часть своей энергии и меняет направление движения. Наблюдается комптон-эффект при более высоких энергиях, условно можно считать Е_γ > 0,5 МэВ.

Вероятность комптон-эффекта τ_γ зависит от сечения комптоновского рассеяния σ_к, которое, в свою очередь, является функцией энергии и атомного номера элемента, и от числа электронов в единице объема вещества п_e.  

 

 

 

Рис.3. Виды взаимодействия гамма-квантов с веществом:

Фотоэффект (а), комптоновское рассеяние (б), образование пар (в),

ядерный  фотоэффект (в)  

 

Образование пар - происходит при взаимодействии γ-кванта с полем ядра атома, γ-квант прекращает свое существование, вместо него образуется пара: электрон и позитрон. Вероятность   этого   процесса   невелика,   во-первых,   потому,   что  ядро занимает лишь небольшую часть объема всего атома и, во-вторых, потому, что энергия γ-кванта должна быть достаточной для этой реакции (E_γ > 1,02 МэВ). 

Процесс образования  пар в ядерно-геофизических методах пока не используют.

Ядерный фотоэффект заключается в поглощении γ-кванта ядром атома, после чего ядро становится возбужденным и переходит в нормальное состояние через испускание нейтрона. Нейтрон имеет тепловую энергию. Эта реакция пороговая - энергия γ-кванта должна быть больше энергии связи нейтрона в ядре, а она зависит от массы последнего.

Все рассмотренные процессы в горных породах при облучении их γ-квантами искусственного источника происходят не по отдельности, а совместно. Быстрые γ-кванты исчезают в результате образования пар и замедляются в результате комптоновского рассеяния, рассеянные поглощаются в результате фотоэффекта. Преобладание того или иного процесса зависит от энергии γ-квантов и свойств горной породы - ее плотности и эффективного номера.

В зависимости от того, какой из процессов подвергается исследованию, в ГГК выделяют 2 основные разновидности  метода: плотностной и селективный  γ-γ-каротаж.  

 

2.5. Плотностной  гамма-гамма-каротаж

Плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГК-П) основан на изучении комптоновского рассеяния γ-квантов в горных породах. Поскольку этот эффект наблюдается при достаточно высокой энергии γ-квантов, то в ГГК-П используют источники с энергией Е_γ > 0,5 МэВ. Такими источниками являются искусственные изотопы Со⁶⁰, Сs¹³⁷ и естественный ЕРЭ - Rа²²⁶, который дает целый спектр γ-квантов с энергиями от 0,35 до 1,76 МэВ. Длина зондов от 20 до 50 см.

Область применения. ГГК-П находит применение при исследовании нефтяных и газовых, углеразведочных и рудных скважин.

На  нефтяных   и   газовых   месторождениях  ГГК-П   применяют  для дифференциации   разрезов   скважин   по   плотности   и   для   определения Гористости пород-коллекторов.

Плотность породы в целом о,, определяют по результатам плотностного ГГК. При этом аппаратуру градуируют на эталонных образцах с известной плотностью. Современная аппаратура позволяет получать диаграммы ГГК-П, масштаб которых сразу разбит в единицах плотности. Выражение для К_п получают из уравнения.

ГГК-П применяют также при  цементометрии эксплуатационных скважин для определения высоты подъема и наличия пустот в цементном камне, поскольку плотность цементного камня 2,2 г/см³ а жидкости, заполняющей пустоты в нем,  1,0-1,2 г/см³.

На месторождениях ископаемых углей  ГГК-П применяют для выделения  угольных интервалов. Поскольку        плотность  углей (σ_у =1,15-1,75) г/см³ намного меньше, чем плотность песчано-глинистых вмещающих пород (σ_вм = 2,5-2,7) г/см³, то над угольными интервалами интенсивность рассеянного γ-излучения значительно повышается.

Границы угольных пластов определяют по правилу полумаксимума аномалии.  

  

  

 

 

 

Рис.4. Вероятность различных видов взаимодействия гамма-излучения с веществом  

  

 

2.6. Селективный гамма-гамма-каротаж

Селективный гамма-гамма-каротаж (ГГК-С, он же Z-ГГК) основан на изучении фотопоглощения γ-квантов в горных породах. Поскольку пот эффект превалирует при низкой энергии γ-квантов, в ГГК-С используют источники с энергией Е_γ < 0,5 МэВ. Такими источниками являются искусственные радионуклиды: Sе⁷⁵,Hg²⁰³.Длина зонда 10-20 см.

Область применения. ГГК-С применяется, главным образом, на угольных и рудных месторождениях.

На угольных месторождениях ГГК-С  используют для определения зольности  углей.  Чистый  уголь   имеет   Z_эф≈6,   поскольку  состоит  из углерода. Негорючий остаток углей (зола) состоит, в основном, из кремнезема и глинозема с примесью окислов железа, Z_эф золы составляет 12-13 единиц. Между   зольностью   углей    А^с   и  их Z_эф  существует функциональная зависимость. Поскольку метод ГГК-С чувствителен к малейшим  изменениям Z_эф  среды,  то  по  его  результатам  легко   оценить зольность ископаемых углей. Этот метод был разработан проф. Уткиным В.И. Им же предложена удобная палетка для оценки А^с непосредственно по диаграмме ГГК.

На рудных месторождениях метод  ГГК-С применяют для выделения  рудных интервалов в разрезах скважин. При измерении спектра рассеянного  γ-излучения можно определить, каким элементом вызвано поглощение, т.е. возможно изучение вещественного состава руд.

На нефтяных и газовых месторождениях метод ГГК-С находит применение пока только при дефектометрии обсадных колонн.  

 

2.7. Рентген-радиометрический каротаж

Рентген-радиометрический метод основан  на изучении результатов взаимодействия мягкого γ-излучения с электронами глубинных орбит атомов вещества.

Это взаимодействие заключается в  фотоэлектрическом поглощении γ-квантов электронами какой-либо оболочки. В результате электрон вылетает из атома, а атом приходит в возбужденное состояние. Место, с которого удален электрон в результате поглощения γ-кванта, может быть заполнено электроном с другой, более далекой от ядра электронной оболочки. Например, если при фотопоглощении выбит электрон с К-оболочки, то его место может быть занято электронами с L-, М-, N- и других оболочек. Соответственно разностям энергий электронов на этих уровнях, ими при переходе испускаются фотоны рентгеновского излучения.

Совокупность фотонов рентгеновского излучения, возникающих при переходах электронов на один общий, более глубокий уровень, носит название характеристической серией рентгеновского спектра.

Каждый химический элемент обладает своим характеристическим спектром рентгеновского излучения, причем энергия  каждой определенной линии спектра (K, L, M, N) возрастает с увеличением атомного номера элемента.

Рентгеновское излучение является "мягким" и слабопроникающим.

Поэтому   рентген-радиометрический   метод   применим только для элементов с атомным номером z > 25-30.

Еще один недостаток метода РРК - невозможность  разделить излучение близких  по атомному номеру элементов, связанная  с низкой разрешающей способностью по энергии у сцинтилляционных детекторов.

Рентген-радиометрический метод применяется  в лабораторном (РРА) и в скважинном (РРК) вариантах, а также для опробования стенок горных выработок (РРО).

Детектор рентгеновского излучения  помещают в другом коллимационном канале, стенки которого покрыты слоем кадмия и меди для поглощения характеристического  рентгеновского излучения, возбуждаемого  рассеянным γ-излучением источника непосредственно в свинцовом экране.  

 

Измерения интенсивности характеристического  и рассеянного излучения производят с помощью скважинных гамма-спектрометров

Главным недостатком метода РРК  является его малая глубинность, связанная с низкой проникающей способностью рентгеновского излучения.

Методы нейтронного каротажа с  использованием стационарных источников нейтронов 

Методы стационарного нейтронного  поля появились раньше импульсных нейтронных методов и включают в себя такие  виды каротажа, как НГК, ННК-Т, ННК-НТ, метод нейтронной активации и  некоторые др.

Нейтронный гамма-каротаж (НГК)       

 Метод НГК является одним  из ведущих методов исследования  скважин нефтяных и газовых  месторождений. В комплексе с  другими методами нейтронный гамма-каротаж применяется для литологического расчленения разрезов скважин, выделения коллекторов, оценки пористости, отбивки водонефтяного и газонефтяного контактов и т. п.

Физические основы метода.  

В нейтронном гамма-каротаже измеряется искусственно вызванное гамма-излучение горных пород. Для возбуждения этого излучения стенки скважины бомбардируют нейтронами.  

Скважинный снаряд НГК включает в себя источник нейтронов и детектор гамма-излучения.

В качестве источников нейтронов в  России применяют обычно ампулы, заполненные  смесью порошкообразного бериллия и  какой-либо соли полония. Под воздействием α-частиц, испускаемых ядрами полония, происходит реакция:         

4Be9 + 2He4 = 6C12 + 0n1 + γ 

Ро-Ве источник дает около 2*10⁶ нейтронов в секунду на 1 г полония и примерно столько же гамма-квантов. Большая часть нейтронов - быстрые, с энергиями от 3,5 до 6 МэВ.

Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, проникающая способность  их очень велика. Сталкиваясь с  ядрами атомов горных пород, нейтроны теряют часть своей энергии, замедляются. При этом большая часть кинетической энергии теряется при соударении с ядрами легких атомов, главным  образом, водорода. После примерно 25 соударений с ядрами водорода нейтроны замедляются до "тепловых" энергий (около 0,025 эВ) и диффундируют через  породы, пока не будут захвачены. Тепловые нейтроны могут захватываться ядрами всех элементов, кроме Не. Низкие сечения захвата тепловых нейтронов имеют О и С. Аномально высокие сечения захвата у таких элементов, как TR, Сd, В, С1 и некоторых других. Акт захвата теплового нейтрона сопровождается испусканием γ-квантов, которые образуют так называемое γ-излучение радиационного захвата (ГИРЗ). Часть этих γ-квантов фиксируется детектором в скважинном снаряде НГК.

Кроме радиационного гамма-излучения    (I_nγ),  детектор будет фиксировать также и гамма-кванты другого происхождения. Суммарную зарегистрированную интенсивность гамма-излучения можно представить в виде ряда:

I_Σ   = I_nγ+ I_у + I_ф + I_γγ ,

где  I_γ - естественное гамма-излучение пород;        

 I_ф - фоновое гамма-излучение источника нейтронов;        

 I_γγ - гамма-излучение  источника,  претерпевшее  комптоновское рассеяние в породах и обсадных трубах скважины.  

 

 

 

Рис. 5. Устройство зонда нейтронного гамма-каротажа  

 

Для выделения исследуемой составляющей I_nγ приходится прибегать к уменьшению влияния остальных составляющих I_у, I_ф, I_γγ. Для уменьшения влияния естественной радиоактивности  I_у выбирают, с одной стороны, мощность источника нейтронов такой, чтобы вызванное им гамма-излучение было, по крайней мере, на порядок больше естественного. С другой стороны, уровень естественной радиоактивности может быть учтен вычитанием показаний ГК из диаграмм НГК. Для ослабления фонового гамма-излучения источника  I_ф между источником и детектором располагают мощный свинцовый экран. Для поглощения мягкого рассеянного излучения  I_γγ детектор излучения помещают в стальную гильзу. Выделенная таким образом составляющая I_nγ  зависит, в основном, от содержания водорода в исследуемой среде. Когда скважинный снаряд проходит через формации с высоким содержанием водорода (в составе воды или нефти и газа), уровень наведенного гамма-излучения будет низким, т. к. большинство нейтронов будет замедлено и поглощено в непосредственной близости от источника и только некоторые из гамма-квантов смогут достичь детектора и будут зарегистрированы.