Импульсные нейтронные методы
Содержание
1.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНЫХ НЕЙТРОННЫХ
МЕТОДОВ……………………………………………………………
3. ИМПУЛЬСНЫЙ
НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ПО ТЕПЛОВЫМ
НЕЙТРОНАМ………………………………………………………
4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИННМ-Т……………….5
5. ОБЛОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ ИННМ-Т И РЕШАЕМЫЕ ИМ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ЗАДАЧИ………………………………………………………………
6.ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ
КАРОТАЖ В ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ………………………………………………………
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕКУЩЕЙ
НЕФТЕГАЗОНАСЫЩЕННОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ В ОБСАЖЕННЫХ
СКВАЖИНАХ НА ОСНОВЕ ИНК………………………………………………………………………
8.МЕТОДИКА
ЭТАЛОНИРОВОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ
РЕЗУЛЬТАТОВ…………………………………………………
9.МЕТОДИКА СКВАЖИННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ……………………………………………………
10.КОМПЛЕКСНАЯ
ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗМЕРЕНИЙ………………………………………………………
11.ТЕРМОСТОЙКАЯ АППАРАТУРА ИМПУЛЬСНОГО
НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА АИНК43-120/ЗЦ И ПЕРВЫЙ
ОПЫТ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ………………..30
12.АППАРАТУРА
ИНМ…………………………………………………………...32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………
1.Введение
Нейтронными
методами исследования разрезов скважин
с использованием стационарных ампульных
источников нейтронов, когда горная порода
непрерывно облучается потоком быстрых
нейтронов, изучается постоянный во времени
процесс взаимодействия нейтронов с породой,
результаты которого фиксируются или
по плотности надтепловых нейтронов ННМ-НТ,
или по плотности тепловых нейтронов ННМ-Т,
или по интенсивности гамма-излучения
радиационного захвата НГМ. При этом теряется
информация о поведении нейтронов или
гамма-квантов во времени и, таким образом,
затрудняется или почти полностью исключается
возможность раздельного изучения отдельных
процессов взаимодействия исследуемых
частиц с горной породой. Это снижает общую
информативность этих методов. От указанного
недостатка свободны методы, основанные
на переменном (импульсном) нейтронном
поле.
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНЫХ НЕЙТРОННЫХ МЕТОДОВ
При импульсных нейтронных методах исследования скважин горная порода облучается кратковременными потоками быстрых нейтронов длительностью , следующими один за другим через определенные промежутки времени (рис. 116). Через некоторое время 3 (время задержки) после окончания генерируемого нейтронного импульса в течение времени (временное окно) производится измерение плотности нейтронов или продуктов их взаимодействия с горной породой. Последовательно изменяя 3 при постоянном , можно получить зависимость плотности нейтронов от интенсивности радиационного гамма-излучения от 3.
Таким образом, при помощи импульсных нейтронных методов можно изучить: 1) зависимость плотности нейтронов n или интенсивности вторичного гамма-излучения In от времени t, измеряя nт и In в различное время t (задержка) после окончания импульса нейтронов; 2) закономерности взаимодействия нейтронов с веществом в фиксированный момент времени t, регистрируя элементарные частицы в течение промежутка t.
Таким
образом, исследуется не только пространственно-
Рис.
116. Схема, поясняющая принцип измерений
импульсными методами
При переменном нейтронном поле процессы замедления и диффузии нейтронов происходят, грубо говоря, последовательно и могут быть исследованы раздельно, в зависимости от времени задержки, прошедшего с момента испускания нейтронов источником.
Время замедления быстрых нейтронов (10—102 мкс) характеризует водородосодержание горных пород. Время диффузии тепловых нейтронов (102—104 мкс) определяется водородосодержанием и наличием в среде ядер с большим сечением захвата тепловых нейтронов (в частности, содержанием хлора в пластовой жидкости).
В силу большого различия во временах замедления быстрых нейтронов и диффузии тепловых нейтронов с увеличением времени задержки регистрируемая плотность тепловых нейтронов однозначно определяется только поглощающими нейтронными свойствами среды. При малых временах задержки плотность тепловых нейтронов определяется замедляющими нейтронными свойствами среды.
В
зависимости от того, какие ядерные
реакции взаимодействия нейтронов
с горной породой используются, какие
при этом элементарные частицы регистрируются
и при каких временных задержках исследуются
импульсные нейтронные поля, различают:
импульсный нейтрон-нейтронный метод
по надтепловым нейтронам (ИННМ-НТ), импульсный
нейтрон-нейтронный метод по тепловым
нейтронам (ИННМ-Т), импульсный нейтронный
гамма-метод радиационного захвата (ИНГМ),
спектрометрический импульсный нейтронный
гамма-метод радиационного захвата
(ИНГМ-С), импульсный
нейтронный гамма-метод неупругого
рассеяния нейтронов (ИНГМР), импульсный
нейт- ронный гамма-метод наведенной активности
(ИНГМ-НА), импульсный нейтрон-нейтронный
метод резонансного поглощения тепловых
нейтронов (ИННПМ-Т). Импульсный
нейтрон-нейтронный метод по надтепловым
нейтронам в практике геологоразведочных
работ не нашел применения.
3. ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ПО ТЕПЛОВЫМ НЕЙТРОНАМ
Наиболее широко применяется импульсный нейтрон-нейтронный метод, при котором регистрируется плотность тепловых нейтронов.
Пространственно-временное
распределение плотности
Величина коэффициента диффузии различных пород варьирует в относительно небольших пределах (0,4*10-5 – 3*10-5см2/с), зависит главным образом от водородосодержания и не зависит от минерализации пластовых вод.
Среднее время жизни тепловых нейтронов горных пород определяется их поглощающими свойствами и изменяется в значительно больших пределах (4,6—1065 мкс), чем коэффициент диффузии.
В общем случае двух сред с разным водородосодержанием (D1 D2) и с разными поглощающими свойствами, т. е среднее время жизни тепловых нейтронов первой среды не равно второй среды на заданном расстоянии от источника, отношение плотностей тепловых нейтронов этих сред
(116)
Величина n1/n2 в большей степени зависит от поглощающих свойств горных пород, чем от замедляющих, что и находит свое отражение при использовании ИННМ-Т для изучения разрезов скважин. Основной замеряемой величиной в ИННМ-Т является среднее время жизни тепловых нейтронов. Из формулы (116) следует, что, изменяя время задержки, можно получить сколь угодно различающиеся значения плотности нейтронов (рис 117) против нефтеносного и водоносного пластов. В этом одно из основных преимуществ импульсного нейтрон-нейтронного метода.
Рис. 117. Определение ВНК в песчаном коллекторе по диаграммам ИННМ-Т и ННМ-Т с разными задержками.
1 - нефтеносный песчаник; 2 - водоносный песчаник. Штриховые кривые - контрольные замеры
Радиус зоны исследования ИННМ-Т определяется водородосодержанием среды и временем задержки: .
С повышением водородосодержания среды уменьшается коэффициент диффузии тепловых нейтронов и, следовательно, радиус исследования. С увеличением времени задержки непрерывно возрастает глубинность ИННМ-Т, но падает скорость счета импульсов, что приводит к большим статистическим погрешностям измерений.
Благодаря большой энергии нейтронов, испускаемых скважинным генератором нейтронов (до 14 МэВ), при соответствующем выборе времени задержки (1000—1200 мкс) радиус исследования ИННМ-Т (60—80 см) намного превышает глубинность нейтронных методов с ампульными нейтронными источниками. В этом существенное преимущество ИННМ-Т.
Размер зонда оказывает влияние на расчленяющую способность ИННМ-Т против маломощных пластов и точность определения среднего времени жизни тепловых нейтронов. Длина зонда равна расстоянию от мишени генератора нейтронов до середины индикатора. Точка записи условно относится к мишени прибора. При работе в нефтяных скважинах используется зонд длиной =30 см, в газовых скважинах - зонд с = 50 см.
Влияние на величину плотности тепловых нейтронов в ИННМ-Т положения прибора в скважине относительно ее оси, обсадной стальной колонны и цементного кольца, зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости и других факторов подчинено примерно тем же законам, что и в стандартной модификации ННМ-Т. Однако при достаточно больших временах задержки на характере временного распределения плотности тепловых нейтронов скважинные условия почти не сказываются.
4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИННМ-Т
Наиболее
современной аппаратурой
В
селекторе 9 панели управления //
производится разделение счетных и маркерных
импульсов.
Рис.
119. Принципиальная
схема генератора
нейтронов
Рис. 118.
Блок-схема аппаратуры импульсных нейтронных
методов ИГН-4
Счетные импульсы поступают в канал интегрального счета 10 и на выходы четырех дифференциальных каналов 11-14. Маркерные импульсы, отмечающие начало каждого нейтронного импульса, служат для запуска схем «задержки» и временного «окна» каждого дифференциального канала. Выходные импульсы каналов, преобразованные с помощью интенсиметров в постоянный ток, записываются в виде геофизических диаграмм фоторегистраторами серийных геофизических станций. В панели управления размещаются также устройства управления работой скважинного прибора.
Счет импульсов в каналах панели управления производится с помощью пятиканального блока пересчета ///, содержащего транзисторные пересчетные декады и электромеханические счетчики.
Работа скважинного прибора контролируется осциллографом VI геофизической станции, на экране которого можно наблюдать счетные и маркерные импульсы.
Питание аппаратуры осуществляется от унифицированного выпрямителя УВК-2 {IV) и унифицированного генератора УГ-1 (V) через фильтр 8.
Наземное оборудование выполнено в виде отдельных блоков, которые размещаются в типовых стойках серийных геофизических станций. Обмен командами управления и информации между наземным оборудованием и скважинным прибором и питание глубинного прибора обеспечиваются с помощью трехжильного геофизического кабеля 15.
Принцип действия аппаратуры основан на облучении горных пород импульсами быстрых нейтронов и анализе временного распределения плотности тепловых нейтронов в зависимости от характера насыщения и элементного состава горных пород.
Основными конструктивными узлами генераторов нейтронов являются ускорительная трубка и источник питания высокого напряжения (рис. 119). Ускорительная трубка представляет собой стеклянный баллон, заполненный дейтерием (изотопом водорода 2Н). Ионизация дейтерия производится электронами, эмиссируемыми накаленным вольфрамовым катодом 2. Электроны ускоряются цилиндрическим анодом 4 и под действием продольного магнитного поля, образованного катушкой 3, перемещаются вдоль него по спиральным траекториям. Высоковольтный электрод 5, в котором расположена мишень 6, питается переменным синусоидальным напряжением со вторичной обмотки высоковольтного трансформатора Тр. При отрицательном потенциале на электроде 5 электроны, не доходя до конца цилиндрического анода, отражаются и таким образом совершают внутри цилиндра колебательные движения, ионизирующие дейтерий. В это же время образовавшиеся положительно заряженные дейтроны ускоряются и, бомбардируя мишень 6 из циркония или титана, насыщенных дейтерием или тритием, генерируют нейтроны соответствующих энергий.
Расход дейтерия в ускорительной трубке восполняется с помощью натекателя 1, который представляет собой спираль из титановой проволоки, насыщенной дейтерием. При работе генератора натекатель нагревается током, и сорбированный дейтерий выходит из него в объем трубки.
Генератор нейтронов может работать в непрерывном и импульсном режимах. Импульсный режим работы обеспечивается подачей положительного потенциала. На цилиндрический анод 4 подается переменное напряжение в виде прямоугольных импульсов требуемой длительности от специального генератора, синхронизированного с высоковольтным трансформатором Тр. Имеются и другие конструкции генераторов нейтронов.
В аппаратуре ИГН-4 используется генератор нейтронов, основанный на реакции 3T(d, n)4 Не и обеспечивающий энергию нейтронов 14,1 МэВ и средний выход (1-2)*107 нейтр./с. Длина зонда для регистрации тепловых нейтронов равна 43 см.
Аппаратура ИГН-4 обеспечивает частоту повторения импульсов нейтронного излучения 360—440 Гц, задержки , равные 50, 150, 250, 400, 600, 1000, 1300, 1600, 1900, 2200 мкс, ширину фиксированных временных окон 100 и 200 мкс и постоянные времени интегрирования я равные 6, 12, 24, 48 с.
Существуют два варианта скважинных измерений ИННМ-Т - непрерывная запись и запись по точкам. При точечной записи получают более точные значения среднего времени жизни тепловых нейтронов в пласте . Точки замеров выбирают по дифференциальным кривым ИННМ-Т (при фиксированном окне и на различных задержках 3). Расстояния между точками замеров в однородных нефтеносных пластах большой мощности должны быть 0,6-0,8 м, в литологически неоднородных пластах малой мощности 0,4-0,5 м, в водоносных пластах 0,8-1,0 м. Время замера в каждой точке должно обеспечивать скорость счета в интегральном канале 5(105-106) импульсов.
Среднее время жизни тепловых нейтронов в пласте можно определить и по непрерывным кривым ИННМ-Т, записанным при различных задержках и фиксированном временном окне, хотя погрешность измерений в этом случае больше.
При выборе времени 3 и временного окна должно соблюдаться условие 3 > п п > . С целью уменьшения статистических погрешностей измерения при записи кривых ИННМ-Т в нефтяных и газовых скважинах ограничиваются временами задержек 3 = 1000 ч-1300 мкс.
С увеличением при выбранном 3 повышается скорость счета в канале, а следовательно, уменьшаются погрешности измерений. Учитывая диапазон изменения в продуктивных пластах, для газоносных пластов следует брать больше, чем для нефтеносных. Обычно при изучении продуктивных пластов принимают = 200 мкс.
Масштабы записи кривых ИННМ-Т выбираются такими, чтобы в исследуемом интервале разреза скважины была максимальная дифференциация пластов в пределах ширины диаграммной ленты.
В методе ИННМ-Т, как и в других методах радиометрии скважин, от скорости записи v и постоянной интегрирования я зависят статистическая точность измерений и влияние на форму кривых инерционности аппаратуры, поэтому при выборе этих величин руководствуются теми же требованиями, что и при проведении гамма-метода. Обычно v = 100-120 м/ч при я=12 с.
Наиболее близкие к истинным коэффициент диффузии переднее время жизни нейтронов получают при достаточно больших временах задержки и при условии > ( - время жизни тепловых нейтронов в скважине), когда характер связи nnT=f(x) перестает зависеть от параметров скважины. В первый момент времени после действия импульса быстрых нейтронов в скважине плотность тепловых нейтронов в ней становится выше, чем в пласте, следовательно, диффузия нейтронов направлена преимущественно из скважины в пласт. В следующий момент времени тепловые нейтроны быстрее поглощаются в скважине, так как . Затем наступает момент, когда плотность тепловых нейтронов в пласте становится выше, чем в скважине, и они диффундируют, наоборот, в скважину. Регистрируемая плотность тепловых нейтронов в этот момент времени будет пропорциональна плотности нейтронов в горной породе, т. е. будет отражать нейтронные характеристики исследуемых пластов.
В случае, когда < , промывочная жидкость в скважине должна быть заменена более минерализованной, чтобы выполнялось неравенство >
5.ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИННМ-Т И РЕШАЕМЫЕ ИМ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ
Импульсный нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам применяется для литологического расчленения разрезов скважин, выделения полезных ископаемых, определения характера насыщения и пористости пород, положения водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов.
Для литологического расчленения разреза скважин используют среднее время жизни тепловых нейтронов, определяющее поглощающие свойства горных пород, так как коэффициент их диффузии варьирует в относительно небольших пределах. Наиболее высокими значениями характеризуются такие основные породообразующие минералы, как кварц (1065 мкс), доломит (956 мкс) и кальцит (630 мкс). Из осадочных горных пород повышенные значения характерны для существенно кварцевых песчаников, низкопористых разностей известняков и доломитов (около 800 мкс), пониженные - для глинистых и полимиктовых песчаников и глинистых пород (300—330 мкс), а также хлорсодержащих солей, горных пород, обогащенных элементами с аномально высокими сечениями захвата нейтронов (В, Li, Cd и др.), и горных пород, содержащих марганец, железо, титан. Достаточно контрастно выделяются повышенными значениями угольные пласты.
Пониженными значениями отличаются пласты-коллекторы. Однако они более уверенно выделяются в комплексе с другими методами промысловой геофизики.
Определение
характера насыщения
При
высокой минерализации
Импульсный
нейтрон-нейтронный метод по тепловым
нейтронам дает положительные результаты
при поиске и разведке промышленных скоплений
ртути, марганца, меди и железа, обладающих
высоким сечением поглощения тепловых
нейтронов.
6.ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ В ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
Одной из основных задач при контроле за выработкой газовых залежей и эксплуатацией подземных хранилищ газа (ПХГ) является определение положения газожидкостного контакта (ГЖК) и текущего коэффициента газонасыщенности (кг) коллектора (резервуара). На большинстве газодобывающих объектов и ПХГ эта задача решается на основе периодических измерений комплексом нейтронного гамма-каротажа (однозондовый и двухзондовый варианты НГК), термометрии (То), диэлькометрии (Д), барометрии (Р). При этом текущее значение кг определяется по палеткам, построенным статистико-эмпирическим способом для конкретных объектов эксплуатации. Палетки построены для условий наблюдательных (неперфорированных) и эксплуатационных скважин с учетом характера заполнения ствола скважины и наличия (отсутствия) НКТ в зоне исследований и опорных пластов.
Для
обеспечения требуемой точности
оценки текущего кг
требуются контроль стандартности применяемой
аппаратуры и надлежащее метрологическое
обеспечение измерений. Однако даже при
обеспечении названных условий такая
методика может давать достоверные результаты
в основном об изменении ГЖК и газонасыщенности
пласта, а абсолютные значения кг
определяются с большой
погрешностью, поскольку в ней не учитываются
такие важные для
определения кг
параметры, как пористость и глинистость
объекта
Методика оценки начального и текущего
кг для многих отложений
отсутствует.
В связи с этим нами на основе проведенных опытных и методических работ с применением двухзондовой аппаратуры ИННК - ИНК-9М, РГН-1, АИНК-43 и АИНК-42Т проведена оценка возможности количественного определения текущего значения кг пласте с учетом их коллекторских свойств.
Были
рассмотрены следующие вопросы:
- оценка влияния скважинных условий (конструкция и заполнение скважин) на измеряемые параметры;
- методика калибровочных и скважинных измерений, оценка качества измерений;
- методика и программное обеспечение обработки результатов измерений;
- качественная и количественная оценка газонасыщенности коллекторов;
5 преимущества
и ограничения применения ИНК при исследовании
разрезов газовых скважин.
Результаты измерений на моделях пластов показали:
1. Наличие НКТ в обсаженной скважине, заполненной водой, мало влияет на измеряемые декременты затухания (табл. 1), увеличивая лишь среднеквадратичную ошибку измерения (СКО) за счет снижения статистики. Зависимости относительного параметра R от пористости также близки и описываются близкими к линейной уравнениями. Различие литологии мало (не более ±3%) сказывается в случае заполнения порового пространства флюидом на углеводородной основе. В случае заполнения порового пространства пресной водой влияние литологии при отсутствии НКТ отмечается занижением пористости с 39,6 до 37,81% (на 4,5%). При наличии НКТ пористость занижается на 19,4% (с 39,6 до 31,9% на задержке 560 мкс).
2.
В случае сухой скважины информативность
ИННК ухудшается, что приводит к увеличению
погрешности измерения декремента затухания
плотности тепловых нейтронов до 11,7%.
Декременты затухания плотности тепловых нейтронов (1/дс)
в моделях пласта различной пористости в зависимости
от скважинных
условий (Дс- 196 мм,
скважина заполнена
пресной водой)
Примечания. 1. Модели пластов известняка пористостью 0,8; 14,9 и 36,4% насыщены пресной водой; 2. СО-ПР - составная модель с использованием стеклянных шариков (кп = 39,4%) насыщена пресной водой; 3. СО-УВ - составная модель насыщена жидкостью на углеводородной основе.
Наличие НКТ в стволе обсаженной скважины несколько улучшает условия измерений и, соответственно, приводит к снижению погрешности измерения этого параметра. Однако оценка пористости пластов при отсутствии в скважине жидкости сопряжена с большими погрешностями, так как зависимости относительного параметра R от пористости выше значений 15% сильно выполаживаются и показания ИННК (параметр R) становятся мало чувствительными к изменению пористости. В этих условиях увеличивается и влияние литологии, занижая определяемую пористость более чем в два раза.
Условия измерений в случае отсутствия в скважине жидкости (то есть в газовой среде) для ИННК являются неоптимальными и результаты могут привести в заблуждение.
Оценка работы аппаратуры и качества измерений ИНК производится по:
- характеру спада плотности тепловых нейтронов и значению его параметра при измерениях в стандартных средах (в баке с пресной водой), а также по квантовым сигналам скважинных измерений;
- повторяемости диаграмм измеряемых параметров.

- Импульсные передатчики РЛС-обнаружения с оптимальной обработкой
- Импульсные устройства
- Импульсный измеритель
- Импульсный усилительный каскад
- Импульс развитию современного дизайна
- Импульстік қуат көздері
- Имущественная ответственность за вред, причиненный государственными органами, органами местного самоуправления и должностными лицами
- Импрессионизм в европейском изобразительном искусстве
- Импрессионизм и постимпрессионизм
- Импрессионизм и творческий путь Клода Моне
- Импрессионизм как метод и его отличие от реализма во французском искусстве середины XIX века
- Импрессионизм как метод и его отличие от реализма во французском искусстве сер. ХIХ в
- Импрессионизм как метод и его отличие от реализма во французском искусстве ХIХ в
- Импульсно-кодовая модуляция