می دانیم که کشور ما کمبود های زیاد ی در صنعت نفت خام و تجارت خارجی دارد، در این شرایط بهترین استفاده ی ممکن از منابع و ذخایر نفت و گاز به سود مملکت ما است. ما برای رسیدن به این هدف نیازمندیم که بهترین تکنولوژی های روز را به کار بگیریم و شناخت دانش زمین شناسی لایه های موجود و نیز شناسایی مناطق جدید در این زمینه بسیار مهم می باشد. از روش های شناسایی طبقات چینه شناسی زمین استفاده از لاگ های چاه پیمایی هسته ای است. این وسیله مرکب از یک منبع پالس های نترونی کوچک و یک گیرنده است که به داخل چاه فرستاده شده یا در دهانه چاه تست می شود. وقتی تحریک اتفاق بیوفتد یک پالس از نوترون ها در مجاورت ساختمان های زیر زمین به نوترون های ترمال تبدیل شده و به سوی دستگاه باز می گردند و توسط گیرنده ها ثبت می شوند. با داده های هسته ای خوب و آنالیز دقیق انتقال نوترون ها و فوتون ها از مجاورت مواد اطلاعات زیادی در مورد ساختمان های زمین شناسی به دست می آید.

مولد های نوترون در لاگینگ چاه ها ابزار هایی هستند که نوترون هایی با انرژی بالای ۱۴mev تولید می کنند. بعضی از این نوترون ها با مواد موجود در لایه های زمین واکنش داده و نوترون های ثانویه (نوترون های ترمال) و اشعه گاما تولید می کنند و بعضی دیگر نیز در برخورد با هسته مواد  انرژی خود را به طور کامل از دست می دهند. سرانجام بعضی از نوترون های تولید شده توسط منابع نوترونی کاهش سرعت یافته و به حد انرژی ترمال که حدودا برابر ۰.۰۲۵mev است می رسند. طیف پرتو های گامای حاصل از جذب نوترون های ترمال برای بیشتر عناصر و ایزوتوپ ها با قرار دادن نمونه در راکتور های هسته ای انجام می گیرد اما نتایج آن ها برای پروزه های ویژه ای مثل لاگینگ هسته ای چاه ها نیز سودمند است.

لاگ های نوترون

لاگ نوترون در سال ۱۹۴۱ از طریق تجارت تولید شد. دو سال بعد لاگ گاما از راه چاه پیمایی به ثبت رسید. از لاگ نوترون در تشخیص میزان هیدروکربن موجود در تشکیلات زمین شناسی، هیدروژن نفت، گاز طبیعی، آب و نیز در تشخیص زون های دارای تخلخل استفاده می شود. این لاگ قادر است نوع مایع (نفت، آب و گل) یا گاز در تماس با مته های حفاری را تشخیص دهد. آشکار ساز منفرد از قدیمی ترین ابزار ثبت کننده ی این لاگ محسوب می شود به دنبال آن آشکارساز دوگانه روی کار آمد که امروز بسیار معمول و فراگیر شده و در چاه های روباز مخصوصا در بیشتر کمپانی های بزرگ به عنوان دستگاه ثبت کننده پالس های نوترونی به کار گرفته می شود.

گفتیم که مهمترین کاربرد لاگ های نوترونی در تشخیص تخلخل سازند است. ابزار های تولید لاگ های چاه پیمایی نوترون خصوصا در تعیین غلظت حجمی هیدروکربن های تشکیلات زمین کاربرد دارند. غلظت حجمی هیدروکربن یک پارامتر وابسته است زیرا به حجم فضاهای خالی سازند های زمین شناسی بستگی دارد. مخلوطی از آب و نفت با ترکیب شیمیایی هیدروژنی از جمله مواد جاری در فضاهای خالی تشکیلات زیرزمینی می باشند غلظت حجمی بالای هیدروژن برابر با حجم بالای سیال موجود در فضاهای خالی است که یعنی همان بالا بودن تخلخل، بالا بودن تخلخل نیز خود برابر است با تشکیلات زمین شناسی که دارای قابلیت تولید مواد ارزشمندی مانند نفت خام می باشند. لاگ های چاه پیمایی نوترون در صنعت به نام دستگاه های شمارنده نوترون ترمال شناخته می شوند. دستگاه های شمارنده نوترون ترمال معمولا دارای دو یا بیشتر گیرنده حساس به نوترون ترمال می باشند، این گیرنده ها در فضایی کاملا مجزا از منبع نوترون های انرژی قرار گرفته اند. منابع نوترونی که معمولا منابع شیمیایی هم نامیده می شوند به طور پیوسته نوترون های انرژی بسیاری را از خود ساطع می کنند، نوترون هایی که از منابع نوترونی ساطع می شوند دادای انرژی برلبر ۴.۵ میلیون الکترون ولت می باشند این ردیاب ها شامل گاز یونیزه ۳ می باشند که به سطح انرژی گرمایی خاصی حساس هستند که این سطح انرژی احتمالا در حدود ۰.۰۲۵ الکترون ولت است. دستگاه های شمارنده نوترون های ترمال در تعیین تخلخل مورد استفاده قرار می گیرند. نوترون های انرژی که از منبع تعبیه شده در دستگاه لاگینگ ساطع می شوند به داخل تشکیلات زمین شناسی حرکت می کنند و آنقدر به هسته های هیدروژن برخورد می کنند تا انرژی خود را از دست دهند. و وقتی انرژی این نوترون ها به سطح ترمال رسید توسط ردیاب ها آشکار می شوند سپس دستگاه های شمارنده نوترون های ترمال که نرم افزار های مخصوصی هستند تعداد نوترون های ترمال آشکار شده توسط هر یک از گیرنده ها را شمارش می کنند. سرعت شمارش با استفاده از روش هایی به مقیاس در آ‌ورده شده و با تخلخل سازند مطابقت داده می شود و فرض می شود که فضاهای خالی سازند با آب تازه پر شده است. نسبت تخلخل محاسبه شده هم چنین در تعیین غلظت هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد این نسبت تخلخل محاسبه شده تخلخل نوترونی سازند های زمین شناسی و مخصوصا تخلخل نوترونی ترمال(به خاطر تعیین شدن توسط دستگاه های شمارنده نوترون های ترمال) نامیده می شود. یک مشکل اساسی در دستگاه های شمارنده ی نوترون ترمال که از نظر فنی بسیار مهم است استفاده از منابع نوترونی شیمیایی است. منابع نوترونی به خاطر رادیو اکتیو بودن مثل امریکیم- بریلیوم به طور پیوسته قبل از ورود به دهانه چاه نوترون از خود ساطع می کند و نوترون های ترمال حاصل از آن توسط گیرنده ها آشکار شده ثبت و شمرده می شود. برای رفع این مشکل باید از شمارنده های نوترون ترمالی استفاده شود که در هنگام ورود به دهانه چاه کنتور بیندازند. مشکل دوم که در منابع نوترونی شیمیایی وجود دارد تعداد نسبتا پایین نوترون های ساطع شده توسط آن ها است با این وجود همین تعداد کم نوترون ها سبب افزایش ایمنی دستگاه ها می شود یک راه حل افزایش تعداد نوترون های ساطع شده است البته با در نظر گرفتن ملاحظات ایمنی. به دلیل بعضی از مشکلات ایمنی منابع نوترونی شیمیایی امروزه بیشتر منابع شتاب دهنده نوترونی مورد استفاده قرار می گیرند. گفتیم لاگ نوترون قادر است از طریق تحریک تابشی ساختمان های زمین شناسی تحت نفوذ مته اطلاعات خاصی را به طور پیوسته ثبت نماید و این تحریکات توسط منابع نوترونی صورت می گیرد که با فاصله از دستگاه های شمارنده نوترون های ترمال در داخل دستگاه های لاگینگ تعبیه شده اند مسئله دیگر این است که نوترون ها ذراتی هستند با جرم بسیار نزدیک به جرم اتم هیدروژن. لاگ های نوترون مدرن ابزاری هستند که در منابع مهرو موم شده شیمیایی استفاده می شوند امریکیم- بریلیوم منبع ذکر شده در بحث پیش است که قادر به تابش سریع نوترون ها در مدت زمان کوتاه می باشد.حرکت این نوترون ها پس از برخورد با اتم های هیدروژن کند شده و سرانجام اسیر می شوند نتیجه این اسارت نوترونی تشعشع اشعه گاما ثانویه است. بعضی از ابزار های قدیمی تر توانایی آشکار سازی پرتوهای گامای ثانویه و شمارش آن ها را داشتند (لاگ های گاما نوترون) انواع دیگری از ابزار ها نیز توانایی ثبت کردن تعداد متوسط نوترون های ترمال و یا کند شدن حرکت آن ها را دارند (مراجعه به لاگ های نوترون-نوترون) امروزه ابزار های مدرن نوترون غالبا با آشکار سازی He-3 تعداد نوترون های ترمال را شمارش می کنند. وقتی غلظت هیدروژن در مجاورت فضاهای داخلی چاه زیاد باشد سرعت اغلب نوترون ها کاهش یافته و سرانجام اسیر می شوند. هر چه تعداد نوترون های ترمال شمرده شده توسط دستگاه های شمارشگر بیشتر باشد نشانه تخلخل بالاتر سازند است. سرعت نوترون ها در دولومیت متراکم و سنگ آهک بالا و در زون های بسیار متخلخل بسیار پایین است. شیل به دلیل داشتن منافذ خالی پر از آب سبب کاهش سرعت نوترون ها و افزایش تعداد نوترون ها ی ترمال شمرده شده می شود درحالی که دارای تخلخل مفید بسیار پایین است. تشخیص لیتولوژی برای لاگ های نوترون چنانچه همراه با سایر لاگ ها مانند گاما چگالی و غیره نباشد بسیار مشکل است. برای مثال در غیاب سایر لاگ ها ممکن است شیل به عنوان یک زون متخلخل محسوب شود. لاگ های نوترون اصولا در تشخیص سازند های متخلخل استفاده می شوند اما واقعیت امر این است که باید آن ها را به عنوان ردیاب همیشه هیدروکربن در ذهن داشت. لاگ نوترون قادر به تشخیص حضور گاز در یک منطقه نیز می باشد زیرا غلظت هیدروژن یا همان شاخص هیدروژن در گاز نسبت به آب و نفت کمتر است.همچنین از روی پاسخ دستگاه که داخل چاه در تماس با گاز قرار می گیرد می توان به حضور نشت و حرکت گاز پی برد.