Нейтронный каротаж

Нейтронный каротаж, метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. В скважину опускают толстостенную стальную гильзу, содержащую нейтронный источник 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 g-каротаже регистрируются g-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 g-квантов радиационного захвата), 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 t 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 >tпосле нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от t. В пласте, содержащем воду, для которого t невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, t 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 g-квантов применяются сцинтилляционный счётчик и полупроводниковые детекторы, обладающие высокой разрешающей способностью. Измерение спектра g-квантов радиационного захвата позволяет осуществлять элементный анализ горных пород. Используя при этом импульсный Н. к., удаётся определять и спектр g-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.