Інтерпретація даних імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу

ІННК використовується, в основному, для визначення нейтроннопоглинаючої активності гірських порід, яка залежить від наявності в породі елементів з аномально-високим січенням поглинання теплових нейтронів і дозволяє знайти пласти, які збагачені такими елементами, визначити вміст вказаного елементу. До числа таких елементів відноситься хлор. Вміст хлору служить індикатором мінералізованої пластової води, а величина нейтроннопоглинаючої активності порід дозволяє розділити пласти, які насичені соляною водою, нафтою або газом і в сприятливих умовах кількісно визначати нафтогазонасиченість пластів.

Двозондові модифікації ІННК дозволяють визначити вміст водню в гірських породах. ІННК заснований на опромінюванню гірських порід нейтронами від імпульсного джерела швидких нейтронів і реєстрації теплових нейтронів або гамма-квантів радіаційного захоплення (ІНГК) через деякий час після припинення роботи імпульсного джерела (час затримки t*).

Швидкі нейтрони, які випромінюються джерелом за деякий час (10^-3-10^-1мс), гальмуються у навколишньому середовищі за короткий час (10^-2-10^-1мс) і далі поступово поглинаються атомами середовища. В однорідному середовищі кількість нейтронів в часі зменшується за експоненційним законом:

, (11.1)

, (11.2)

де N₀ – константа, яка пропорційна потужності джерела; A – нейтроннопоглинаюча активність середовища; t=1/A – середній час життя теплових нейтронів в середовищі.

Величина A визначається за формулою:

, (11.3)

де V – швидкість теплових нейтронів (2200м/с, при t=20°С); s_i – січення поглинання нейтронів атомом і-го елемента; N_i – концентрація атомів і-го елементу.

В неоднорідному середовищі закон зміни кількості нейтронів більш складніший. Але, якщо нейтронопоглинаюча здатність пласта A_п нижча, ніж в свердловинному середовищі A_с, то густина нейтронів в свердловині, починаючи з деякого часу (0.7-1)мс, також зменшується за експоненційним законом exp(-lt), причому часовий декремент l буде близьким до A_п.

Різниця Dl=l-A_п залежить, в основному, від нейтроннопоглинаючих властивостей пласта, діаметра свердловини і її розчину, а також від деяких особливостей приладу, в першу чергу від довжини зонда. Графіки для визначення Dl зондами ІННК-40 приведені на рисунках 11.1 і 11.2. Найбільш часто Dl має величину порядку (0,3-0,5)мс^-1. Збільшення довжини зонда приводить до зменшення l і Dl приблизно на 0.2мс^-1 на кожних 10 см довжини зонда.

Рисунок 11.1 – Поправка за вплив обсадженої свердловини на результати ІННК (прилад ІГН-6 на стінці свердловини, розчин прісний, час затримки >0,9мс^-1)

Поправка Dl для ІНГК менша. Більш слабкий вплив свердловини, характеру їх заповнення і положення приладу в свердловині є перевагою ІНГК перед ІННК. Недоліком його є наявність фону гамма-випромінювання від природної радіоактивності порід, складне проведення вимірів при великих t^*.

Радіус зони дослідження ІННК за нейтроннопоглинаючими властивостями середовища зростає з ростом часу затримки і при часі затримки біля 1 мс складає 20-30см в залежності від властивостей пласта.

Тому дійсну нейтроннопоглинаючу активність пласта можна визначати лише при відсутності зони проникнення фільтрату в пласт, тобто в обсаджених свердловинах після розформування зони.

Нейтроннопоглинаюча активність пласта є середня від нейтроннопоглинаючої активності окремих фаз породи.

Для нафтонасичених порід з однорідним скелетом:

A_п=A_ск(1-K_п)+A_рK_п, (11.4)

A_р=A_вK_в+A_нK_в+A_гK_г, (11.5)

де A_ск, A_в, A_н, A_г – нейтроннопоглинаюча активність скелету, води, нафти і газу в пластових умовах.

Для глинистих порід:

A_п=A_ск(1-K_п-K_гл)+A_глK_гл+A_рK_п, (11.6)

де A_ск, A_гл – відносяться до неглинистого скелету і до глинистої фракції.

Значення нейтроннопоглинаючої активності деяких мінералів і матеріалів приведені в таблиці 11.1.

Таблиця 11.1 – Середній час життя теплових нейтронів t і нейтронно-поглинаючаЦі мінімальні величини, відносяться до чистих матеріалів. Скелет породи містить деяку кількість сумішей з аномальними поглинаючими елементами нейтронів (бор та інші), тому A_ск для вапняків і пісковиків може бути помітно вище значень A_ск для кальциту, доломіту та кварцу.

Значення A_ск розраховується за даними хімічного аналізу керну.

Величина A_ск (в мс^-1) для розчину NaCl з мінералізацією С (г/л) розраховують за формулою A_в=4.83+0.077С. Для нафти (C_xH_y) з густиною d_н: , для метану . При t° від 0 до 40°С, і p<30МПа .

Вплив густини породи на густину нейтронів при заданому часі затримки великий. Густина нейтронів різко зменшується при збільшенні діаметру свердловини, віддалення приладу від стінки свердловини, а також при збільшенні нейтроннопоглинаючої активності рідини, яка заповняє свердловину. Вплив свердловини на густину гамма-випромінювання радіаційного захоплення менше. Вплив свердловини на декремент затухання часу l, який визначений за вимірами двох і більше часових каналів, порівняно невеликий, якщо рідина в свердловині більш поглинаюча, ніж пласт. В іншому випадку, цей вплив при великих діаметрах свердловини може бути значнішим.

Поправка за вплив свердловини для вітчизняних приладів і деяких значень діаметру свердловини і обсадженої колони показана на рисунку 11.3.

За показами ІННК I₁ і I₂ при затримках часу t₁^* і t₂^*, які більші за 0.9 мс, визначається часовий декремент l, який відповідає уявному значенню нейтроннопоглинаючої активності пласта:

. (11.7)

Для визначення дійсної активності A_п за l враховується поправка за вплив свердловини Dl, яка визначається за допомогою рисунку 11.3.

Якщо виміри проводяться великою кількістю каналів, то доцільно побудувати залежність lnI від t^* або I=f(t^*) в напівлогарифмічному масштабі. За сукупністю точок на графіку, відповідних каналів з різними t^* проводиться середня лінія, яка при t^*>(0,7-1) мс може бути апроксимована прямою лінією. Нахил цієї кривої, точніше, час за який I зменшується в е разів – є уявний середній час життя теплових нейтронів, який протилежний часовому декременту, тобто t=l^-1.