Комплексная спектрометрическая аппаратура нейтронного каротажа

Использование: для геофизических исследований нефтегазовых скважин методами ядерного каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что комплексная спектрометрическая аппаратура (КСА) нейтронного каротажа выполнена на базе стационарного нейтронного источника. Устройство включает детекторы нейтрон-нейтронного каротажа по надтепловым нейтронам (ННКнт), показания которых более тесно связаны с плотностью и водородосодержанием горных пород и насыщающих их флюидов. КСА содержит также спектрометрический детектор гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК), расположенный на одной оси зонда с одной стороны от стационарного источника нейтронного излучения в следующей последовательности от центра источника: малый зонд ННКнт, большой зонд ННКнт, малый зонд СНГК, и который защищен свинцовым экраном от сопутствующего гамма-излучения нейтронного источника и гамма-излучения радиационного захвата нейтронов от химических элементов флюидов, заполняющих скважину. На противоположной стороне нейтронного источника по оси прибора располагаются детекторы нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам (ННКт) и спектрометрический детектор гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) излучения в следующей последовательности от центра источника: малый зонд ННКт, большой зонд ННКт, большой зонд СНГК, который защищен свинцовым экраном от сопутствующего гамма-излучения нейтронного источника и гамма-излучения радиационного захвата нейтронов от химических элементов флюидов, заполняющих скважину, и расположен на большем расстоянии от нейтронного источника, чем в предыдущем варианте, при условии что размеры обеих зондов более 60 см. Технический результат: расширение функциональных возможностей при геофизических исследованиях нефтегазовых скважин. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области геофизических следований нефтегазовых скважин методами ядерного каротажа и может быть использовано для диагностики прискважинных зон пластов-коллекторов газовых, нефтегазовых и нефтяных скважин.

Известно устройство аналогичного назначения, содержащие набор соединенных друг с другом геофизических модулей нейтрон-нейтронного и гамма-каротажа / Патент РФ №135357, кл. Е21B 47/00, Е21В 47/005, 2013/.

Известна комплексная спектрометрическая аппаратура (КСА) нейтронного каротажа, принятая за прототип.

Прототип включает установленные в охранном кожухе по его оси общий стационарный источник нейтронов, зонды с первым и вторым спектрометрическими детекторами гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК), зонды, содержащие детекторы тепловых нейтронов (ННКт), расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, при этом большой зонд спектрометрического детектора гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) и малый и большой зонды детекторов тепловых нейтронов (ННКт) развернуты по оси в противоположные стороны относительно источника нейтронов / Патент РФ №127487, G01V 5/00, 2013/.

Недостатком известных КСА является частичное использование в них аналитических возможностей нейтронных методов по определению насыщения пластов-коллекторов, основанных на процессах поглощения тепловых нейтронов и гамма-изучении радиационного захвата тепловых нейтронов элементами, входящих в состав флюидов, или фазового состояния углеводородного флюида, насыщающего поровое пространство коллектора.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение круга решаемых задач на всех этапах жизни газовых и нефтегазовых скважин на основе использования практически всех основных нейтронных ядерно-физических характеристик пород и насыщающих их флюидов, связанных процессами замедления нейтронов (2ННКнт), поглощения тепловых нейтронов (2ННКт), гамма-активностью химических элементов при поглощении тепловых нейтронов и существенными различиями ядерно-физических свойств жидких и газообразных углеводородных флюидов (2СНГК).

Данный технический результат достигают за счет того, что известная КСА, включающая установленные в охранном кожухе по его оси общий стационарный источник нейтронов, зонды с первым и вторым спектрометрическими детекторами гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК), зонды, содержащие детекторы тепловых нейтронов (ННКт), расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, при этом большой зонд спектрометрического детектора гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) и малый и большой зонды детекторов тепловых нейтронов (ННКт) развернуты по оси в противоположные стороны относительно источника нейтронов, дополнительно содержит установленные в охранном кожухе восемь экранов измерений, большой и малой зонды детектора надтепловых нейтронов (ННКнт), расположенные по одну сторону от источника нейтронов, а первый и второй спектрометрические детекторы гамма-измерения (СНГК) расположены по разные стороны от нейтронного источника, причем детекторы большого и малого зондов тепловых нейтронов (ННКт), расположенные по одну сторону от источника нейтронов, расположены на противоположной стороне относительно детекторов (ННКнт), при этом первый и второй экраны установлены соответственно между источником нейтронов и детекторами надтепловых и тепловых нейтронов (ННКнт) и (ННКт), третий и четвертый экраны - между детекторами надтепловых и тепловых нейтронов (ННКнт) и (ННКт) и детекторы гамма-излучения (СНГК), пятый и шестой экраны защищают детекторы надтепловых нейтронов (ННКнт) от тепловых нейтронов, а седьмой и восьмой экраны защищают спектрометрические детекторы гамма-излучения (СНГК) от сопутствующего гамма-излучения нейтронного источника и гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов, идущего со скважины.

Первый и второй спектрометрические детекторы гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) выполнены зондами длиной более 60 см.

Первый и второй экраны выполнены из капролона.

Третий и четвертый экраны выполнены из свинца.

Пятый и шестой экраны выполнены из кадмия.

Седьмой и восьмой экраны выполнены из капролона с высоким содержанием бора.

Комплексная спектрометрическая аппаратура нейтронного каротажа содержит установленные в охранном кожухе 1 на его оси общий стационарный источник 2 нейтронов, спектрометрические детекторы 3, 4, расположенные по разные стороны от источника 2 нейтронов.

Детектор 3 формирует большой зонд СНГК (БЗ СНГК), а детектор 4 - его малый зонд (МЗ СНГК).

КСА также содержит детекторы 5, 6 тепловых нейтронов, формирующих соответственно большой и малый зонды (БЗ ННКт и МЗ ННКт). Детекторы 5, 6 ННКт располагают по одну сторону от общего нейтронного источника 2 (на чертеже по левую сторону).

Имеются также детекторы 7, 8 надтепловых нейтронов, расположенные по правую сторону от нейтронного источника 2 и формирующие соответственно большой и малый зонды ННКнт (БЗ ННКнт и МЗ ННКнт).

Источник 2 нейтронов отделен от детектора 6 тепловых нейтронов и детектора 8 надтепловых нейтронов капролоновыми экранами 9, 10.

Детектор 5 тепловых нейтронов и детектор 3 СНГК разделены свинцовым экраном 11. Детектор 7 надтепловых нейтронов и детектор 4 СНГК разделены свинцовым экраном 12.

Детекторы надтепловых нейтронов 7, 8 защищены экранами от тепловых нейтронов кадмиевыми экранами 13, 14.

Спектрометрические детекторы 3, 4 гамма-излучения радиационного захвата СНГК защищены борными экранами-конверторами 15, 16 для формирования фотопика бора с энергией 478 кэВ для установки масштаба энергетической школы метода СНГК.

КСА так же, как прототип, включает в себя каротажный кабель, регистратор и компьютер каротажной станции (на чертеже не показаны).

Охранный кожух 1 снабжен также центраторами (на чертеже не показаны).

Комплексная аппаратура работает следующим образом.

КСА спускается в скважину на каротажном кабеле (не показан).

Во время подъема аппаратуры проводится многозондовый нейтронный каротаж НК (2ННКнт+2ННКт+2СНГК) околоскважинного пространства скважины.

НК основан на облучении скважины и пород нейтронами от нейтронного ампульного источника 2 и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов детекторами 5, 6, 7, 8.

Спектрометрическими детекторами 3, 4 проводится регистрация спектрального распределения гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ГИРЗ) по энергии, образующихся в результате ядерных реакций при захвате тепловых нейтронов.

Эти три вида взаимодействия нейтронов с породой и насыщающими ее флюидами выполняют с помощью измерительных зондов (БЗ СНГК, БЗ ННКт, МЗ ННКт, МЗ ННКнт, БЗ ННКнт, МЗ СНГК), отмеченных стрелками на чертеже.

При этом проводится литологическое расчленение разрезов, определяется пористость горных пород, выделение газожидкостного и водонефтяного контактов, определение коэффициентов газонасыщенности, нефтенасыщенности и объемной газонасыщенности и нефтенасыщености в прискважинной части коллектора.

Областями эффективного применения НК в литологическом расчленении разреза при определении пористости (Кп) и геологических параметров насыщения (Кп, Кг, Кн, Кп х Кг, Кп х Кп) являются:

- для комплекса 2ННКнт+2СНГК - коллектора со средней и высокой минерализацией пластовых вод (Спл) и промывочной жидкости (Спж) при невысокой каверзности ствола в газовых, нефтегазовых и нефтяных скважинах;

- для комплекса 2ННКт+2СНГК - коллектора со средней и высокой пористостью, но невысоким значением Спл и Спж в газовых, нефтегазовых и нефтяных скважинах;

- для комплекса 2ННКт+2ННКнт - коллектора с низкой пористостью в газовых и нефтегазовых скважинах с невысоким значением Спл и Спж.

Во время работы КСА проходит преобразование световых вспышек детекторов в пропорциональные энергии гамма-квантов амплитуды импульсов тока посредством фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) и преобразование потока нейтронов в амплитуды импульсов тока посредством счетчика нейтронов. Далее осуществляются усиление и оцифровка по амплитуде импульсов, выходящих с ФЭУ, и оцифровка импульсов со счетчиков нейтронов и передача накопленной информации по каротажному кабелю на регистратор и далее на компьютер каротажной станции (не показаны).

Экраны 9…16 обеспечивают для детекторов 3…8 снижение влияния мешающих геолого-технических факторов, осложняющих связь между регистрируемыми показаниями нейтронных методов и геологическими параметрами насыщения.

Таким образом, предлагаемая аппаратура реализует практически все имеющиеся аналитические возможности модификаций нейтронных методов по изучению характера насыщения коллекторов в прискважинной зоне коллектора с использованием нейтронных характеристик пород и насыщающих их флюидов, связанных процессами замедления нейтронов (2ННКнт), поглощения тепловых нейтронов (2ННКт) и радиационной гамма-активности химических элементов горных пород и насыщающих их флюидов при поглощении тепловых нейтронов и сильном различии ядерно-физических свойств жидких и газообразных углеводородных насыщающих норовое пространство коллектора (2СНГК).

Этим достигается поставленный технический результат.

1. Комплексная спектрометрическая аппаратура нейтронного каротажа, включающая установленные в охранном кожухе по его оси общий стационарный источник нейтронов, зонды с первым и вторым спектрометрическими детекторами гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК), зонды, содержащие детекторы тепловых нейтронов (ННКт), расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, при этом большой зонд спектрометрического детектора гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) и малый и большой зонды детекторов тепловых нейтронов (ННКт) развернуты по оси в противоположные стороны относительно источника нейтронов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит установленные в охранном кожухе восемь экранов, большой и малый зонды детектора надтепловых нейтронов (ННКнт), расположенные по одну сторону от источника нейтронов, а первый и второй спектрометрические детекторы гамма-излучения (СНГК) расположены по разные стороны от нейтронного источника, причем детекторы большого и малого зондов тепловых нейтронов (ННКт), установленные по одну сторону от источника нейтронов, расположены на противоположной стороне относительно детекторов надтепловых нейтронов (ННКнт), при этом первый и второй экраны установлены соответственно между источником нейтронов и детекторами надтепловых и тепловых нейтронов (ННКнт) и (ННКт), третий и четвертый экраны - между детекторами надтепловых и тепловых нейтронов (ННКнт) и (ННКт) и спектрометрическими детекторами гамма-излучения (СНГК), пятый и шестой экраны защищают детекторы надтепловых нейтронов (ННКнт) от тепловых нейтронов, а седьмой и восьмой экраны спектрометрических детекторов - от сопутствующего гамма-излучения нейтронного источника и гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов, идущего со скважины.

2. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что первый и второй спектрометрические детекторы гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (СНГК) выполнены зондами длиной более 60 см.

3. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что первый и второй экраны выполнены из капролона.

4. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что третий и четвертый экраны выполнены из свинца.

5. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что пятый и шестой экраны выполнены из кадмия.

6. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что седьмой и восьмой экраны выполнены из капролона с высоким содержанием бора.