Імпульсний нейтронний каротаж

Технічні умови проведення нейтронного каротажу

 

Геологічні умови використання НК при визначенні коефіцієнта пористості та літологічному розчленуванні розрізу:

- для ННК-НТ – породи з різним водневим вмістом, різні значення мінералізації пластових вод Cпл і промивної рідини Спр, при малій кавернозності;

- для ННК-Т – породи з різним водневим вмістом, малі значення мінералізації пластових вод Cпл і промивної рідини Спр (менше 50-70 г/л NaCl);

- для НГК – породи з низьким водневим вмістом (менше 8-12%) і різні значення мінералізації пластових вод Cпл і промивної рідини Спр, а також породи із середнім водневим вмістом (8-20%), якщо значення мінералізації пластових вод Cпл і промивної рідини Спр не перевищує 100 г/л.

Геологічні умови використання НК при виділенні газоносних пластів, газорідинного контакту, визначенні коефіцієнта газонасичення:

- для ННК-НТ – породи з різним водневим вмістом при діаметрі свердловини до 200 мм;

- для ННК-Н – породи з водневим вмістом більше 10% при діаметрі свердловини до 200 мм;

- для НГК – породи з водневим вмістом менше 20%.

Вимоги до вимірювальних зондів:

- нормуючою метрологічною характеристикою є водонасичена пористість гірських порід, яку розраховують за виміряними швидкостями рахунку імпульсів;

- діапазон визначення водонасиченої пористості – 1-40%;

- границя допустимої основної похибки визначення за час набору 10000 імпульсів – не більше ±[4.2+2.3(40/Kп-1)]%;

- границя допустимої основної похибки визначення для режиму дослідження (швидкість 400м/с, товщина пласта 1 м) за 10 с – не більше ±[6.3+2.3(40/Kп-1)]%;

- допустима похибка визначення, яка викликана зміною температури в свердловині, не повинна перевищувати 0.1 значення основної похибки на кожних 10ºС відносно стандартного значення, яке рівне 20ºС;

- додаткова похибка визначення, яка викликана зміною напруги живлення на ±10%, – не більше 0.2 значення основної похибки.

Рекомендована швидкість каротажу в теригенному розрізі – до 250 м/год, в карбонатному – до 450 м/год.

Розбіжності між основним, повторним і контрольним замірами для реєструючих параметрів в інтервалах довжиною більше 10 м не повинні перевищувати ±4% для загальних і ±3% для детальних досліджень.

Для компенсованих зондів у пластах із відомим літотипом порід і товщиною більше 3-5 м значення пористості, яке розраховане за показами короткого та довгого зондів і за відношенням цих показів, повинні відтворюватись із абсолютною похибкою ±1% (одиницях пористості).

 

 

Імпульсний нейтронний каротаж полягає у вивченні нестаціонарних нейтронних полів і гамма-полів, створюваних генератором нейтронів.

Генератор нейтронів працює в імпульсному режимі. Такий режим полягає в опромінюванні гірських порід дискретними потоками швидких нейтронів тривалістю ∆τ, які надходять один за іншим через певний проміжок часу τ (Рис. 2.2). Після часу τз (часу затримки) включається апаратура і вимірюється в перебігу часу ∆τ щільність нейтронів або інтенсивність гамма-випромінювання.

Змінюючи час включення вимірювальної апаратури (час затримки) τз і вимірюючи густину нейтронів в часі ∆τ вивчають процеси взаємодії нейтронів з речовиною.

За допомогою імпульсних нейтронних методів вивчають:

- щільність теплових нейтронів і цей метод називають ІННК.

- інтенсивність вторинного гамма-випромінювання –ІНГК.

Рисунок 2.2 – Принцип вимірювання імпульсними методами

 

2.7.1 Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж (ІННК)

 

Метод ІННК заснований на вимірюванні характеристик нестаціонарних нейтронних полів. Цим методом реєструють щільність теплових нейтронів при незмінній відстані між джерелом і індикатором і при декількох фіксованих затримках τз і тимчасових вікнах ∆τ.

Щільність теплових нейтронів залежить в загальному випадку від уповільнюючих і поглинаючих властивостей середовища і визначається довжиною уповільнення Lу, коефіцієнтом дифузії D і часом життя теплових нейтронів τ. Таким чином, дані імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу несуть в собі інформацію про водневий вміст порід – через коефіцієнт дифузії D і довжину уповільнення Lу і про вміст в породах елементів із підвищеним перетином захоплення sз – через середній час життя теплових нейтронів t.

Основною величиною, яка вимірюється, в імпульсному нейтрон-нейтронному каротажі є середній час життя теплових нейтронів t. Встановлено, що змінюючи час затримки τз, можна отримати відмінності у величинах щільності нейтронів, що вимірюються проти нафтоносного та водоносного пластів. У цьому одна із основних переваг імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу.

Радіус зони дослідження ІННК Rд визначається водневим вмістом середовища та часом затримки:

 

. (2.5)

 

Із збільшенням водневого вмісту середовища зменшується коефіцієнт дифузії теплових нейтронів і, відповідно, радіус дослідження. Глибинність ІННК безперервно зростає із збільшенням часу затримки. Однак, із збільшенням τз падає швидкість рахунку імпульсів, що приводить до великих статистичних похибок вимірювання.

У методі ІННК зазвичай застосовують час затримки τз=200-2000 мкс, тому густина теплових нейтронів, зареєстрованих приймачем практично не залежить від довжини уповільнення Lу і визначається тільки параметрами D і τ.

Таким чином, дані ІННК несуть інформацію про два нейтронні параметри гірських порід: коефіцієнт дифузії D, що залежить головним чином від водневого вмісту порід, і середнього часу життя теплових нейтронів τ, пов’язаним тільки з поглинаючою здатністю гірських порід. Величини τ і D визначають по характеру спаду кривої густини теплових нейтронів в часі: = f(τ).

На покази методу негативно впливають каверни, великі зони проникнення і велика мінералізація бурового розчину. Однак, при достатньо великих часових затримках τз вплив свердловинних умов зводиться до мінімуму.

В імпульсному нейтронному методі використовується вимірювальна свердловинна установка, яка складається із імпульсного свердловинного генератора нейтронів і розміщеного на деякій фіксованій відстані (довжина зонда) від нього індикатора густини нейтронів або гамма-випромінювання.

Принцип роботи свердловинного генератора нейтронів наступний. Мішень, яка представляє собою один із легких елементів (дейтерій, тритій, берилій, літій та інші), бомбардується потоком прискорених заряджених частинок. Для даної мети найчастіше використовуються реакції 2D(d, n)3He і 3T(d, n)4He бомбардування потоком іонів дейтерію (дейтронів) або тритію (Рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Принципова схема генератора нейтронів

В ІННК, як і в інших методах радіометрії свердловин, форма кривих залежить від швидкості запису V і сталої інтегрування tк, тому при виборі даних величин керуються тими ж вимогами, що і при проведенні гамма-каротажу. Переважно на практиці ІННК V=100¸120 м/год при tк=12 с.

Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж використовується для літологічного розчленування розрізів свердловин, виділення корисних копалин, визначення характеру насичення порід-колекторів, відбивка водонафтового, газонафтового та газоводяного контактів.

На відміну від стаціонарних нейтронних методів імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж по теплових нейтронах дозволяє вирішувати задачу щодо відбивки газорідинного та водонафтового контактів, навіть при пониженій мінералізації пластових вод (20-50 г/л).

При високій мінералізації пластових вод за даними ІННК можна визначати також коефіцієнт нафтонасиченості, а відповідно, відслідковувати процес розробки родовищ.

Таким чином, метод ІННК дозволяє:

- визначати літологічну характеристику розрізу, а саме по характеристиках τ і D, наприклад:

пісковики – τ=550-1000 мкс; D=(20-30)·10-4 см2/с;

алевроліти – τ=320-560 мкс; D=(12-22)·10-4 см2/с;

аргилліти – τ=220-450 мкс; D=(6-16)·10-4 см2/с;

- можливе виділення пластів із вмістом солей, ангідридів, гіпсу, доломіту порід збагачених залізом, калієм, бором, рідкісними землями;

- визначати коефіцієнти нафто- і газонасиченості;

- розділяти водоносні пласти від нафтонасичених і від газонасичених(τвод=190 мкс; τнафт=250-360 мкс).

2.7.2 Імпульсний нейтронний гамма-каротаж (ІНГК)

 

У цьому методі з імпульсним джерелом нейтронів реєструють розподіл по розрізу свердловини інтенсивність гамма-випромінювання від радіаційного захоплення ядрами елементів теплових нейтронів при фіксованих затримках на незмінній відстані довжини зонда.

Інтенсивність гамма-випромінювання радіаційного захоплення пропорційна щільності теплових нейтронів. Проте, поле радіаційного гамма-випромінювання більш рівномірно розподілено, ніж поле нейтронів.

Таким чином, при ІНГК основним критерієм розділення колектора за нафтоводонасиченістю служить час життя теплових нейтронів τ. Вимірювання проводять у часі, який перевищує середній час уповільнення нейтронів в досліджуваному середовищі, тобто в кінці життя нейтронів (від 300 до 900 мкс).

У практиці дослідження нафтових і газових свердловин, в даний час, використовуються зонди завдовжки 35-40 см.

Головною задачею ІНГК в нафтових і газових свердловинах є виділення в розрізі нафтогазоносних пластів і визначення водонафтового і газорідинного контактів. Ефективність методу ІНГК спостерігається при дослідженні обсаджених неперфорованих свердловин.

На діаграмах ІНГК і ІННК максимальні покази відповідають малопористим неглинистим пластам, нафтоносним і газоносним колекторам. Мінімальні значення відповідають глинистим пластам, високопористим колекторам і пластам з високомінералізованою водою.

Таким чином, імпульсний нейтронний каротаж ( ІННК і ІНГК) знайшов широке вживання при дослідженні діючих, обсаджених колонами свердловин для встановлення водонафтового і газорідинного контактів, встановлення нафтонасичених інтервалів.Найкраща ефективність методу отримується при високих мінералізаціях пластових вод. Якщо відома літологія, пористість і мінералізація пластових вод, то можна за даними ІНК оцінювати коефіцієнт нафтогазонасиченості.