Бурить скважину без подъема керна значительно дешевле. Но удастся ли получить при этом нужные исследователю сведения? Оказалось, что в некоторых случаях это возможно.
Еще в 1936 году известный физик Б. М. Понтекорво предложил применять при разведке нефтяных горизонтов метод нейтронного каротажа. Идея его проста. В скважину вслед за буровым снарядом опускают устройство, состоящее из источника нейтронов, счетчика отраженных частиц и свинцово-парафинового экрана, не пропускающего поток нейтронов от источника непосредственно к счетчику. Регистрируется эффект взаимодействия нейтронов и ядер атомов горной породы, окружающей скважину. Зная, как ведет себя нейтронный поток в различных породах, можно установить, какие слои присутствуют на той глубине, где в данный момент находится прибор. Известно, что вещества, содержащие водород, обладают свойством рассеивать поток нейтронов. Чем больше водорода в горной породе, тем больше нейтронов возвращается к счетчику.
Подсчет отраженных нейтронов автоматизирован. Самопишущий прибор вычерчивает на подвижной ленте непрерывную кривую. По ее изгибам геолог узнаёт, в какой последовательности располагаются пласты различных горных пород в скважине. Пик на кривой отмечает долгожданный горизонт, насыщенный водородом. Но вода и нефть содержат приблизительно равное количество водорода. Это не раз приводило разведчиков к серьезным ошибкам. Нельзя ли более определенно устанавливать различия между нефтяными и водоносными пластами? На этот вопрос помогает ответить нейтронный гамма-каротаж.
Дело в том, что в воде обычно есть соли хлора. Его ядра обладают способностью интенсивно поглощать замедленные нейтроны. В результате природный изотоп хлор-35 превращается в хлор-36, испускающий жесткое гамма-излучение. Радиометрические счетчики фиксируют это излучение, и разведчик получает возможность достаточно четко отличить водный горизонт от нефтеносного.
Но бывает так, что прибор начинает давать заведомо ложные показания. Сигнал о близости нефти вдруг сменяется указанием на воду. Все глубже опускается в скважину нейтронный счетчик, а водоносному пласту нет конца. Это значит, что вода проникла в скважину, а быть может, и целиком заполнила ее. В этом случае методы гамма-каротажа оказываются бессильными.
На помощь приходит импульсный нейтронный каротаж. Этот метод действует по принципу, известному из радиолокации. Нейтронный поток излучается короткими «вспышками», каждая из которых длится десятитысячные доли секунды. В паузах между импульсами счетчик ловит нейтронное эхо, отраженное от слоев горной породы. Нейтронный локатор прекрасно отличает «скважинную» воду от заключенной в водоносном горизонте. В первом случае нейтронное эхо замирает почти мгновенно, а во втором – звучит вполне отчетливо. Еще более явной становится и разница между водой и нефтью. Поглощающее свойство хлористых солей приводит к тому, что в воде по истечении короткого времени все нейтроны оказываются захваченными хлором, тогда как нейтронные волны, отраженные от нефти, существуют значительно дольше.