АНКР-2М - прибор для экспериментального исследования параметров модификации анализатора кернов

«АНКР-2М» - ПРИБОР ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДИФИКАЦИИ АНАЛИЗАТОРА КЕРНОВ

В. С. Золотарев, П. В. Ефимов г. Томск, Россия

Приведена оценка основного метрологического параметра анализатора

кернов «АНКР-2М» - погрешности для гамма-канала и двух нейтронных каналов.

Оценка месторождений нефти и газа связана с изучением горных пород и содержащихся в них флюидов. Определение запасов нефти и газа производится при исследовании пород на пористость и водонасыщенность, объемные коэффициенты содержания нефти и газа, коэффициенты нефтеотдачи и газоотдачи при анализе больших количеств керна, поднятого из скважин. Анализ керна традиционно проводят химическим методом в стационарных лабораториях. Процесс получения информации по определению параметров керна включает несколько разнородных операций. Производительность этого анализа (1 анализ за 24 часа) не удовлетворяет нужды практики, а проводить его можно только в базовых лабораториях, расположенных далеко от разведочных скважин.

В работе приведены ссылки на фирмы, выпускающие традиционное оборудование. Для анализа кернов непосредственно на скважине это оборудование не пригодно.

Проводят многократные попытки осуществить экспресс-анализ кернов, в том числе используют радиационный метод.

Существуют переносные гамма - плотномеры и нейтронные влагомеры, применяющиеся для экспрессного определения плотности и влажности почвогрунтов, а также при геофизических исследованиях. Непосредственно применить их для анализа керна нефтеносных пород невозможно, так как для их корректной работы с требуемыми точностными параметрами нужны керны большого размера.

В данной работе исследованы параметры прибора, предлагаемого для решения задач экспресс-анализа кернов непосредственно на месте бурения, с целью оценки его основных технических характеристик.

Плотность различных сред можно изучать с помощью у - излучения радионук-лидных источников. Изучение основано на использовании закономерностей взаимодействия у - квантов с веществом. В основном для измерения плотности используют метод узкого пучка у - излучения.

В настоящее время большое развитие получил метод нейтронной влагометрии. Он может быть применен для контроля того или иного элемента в контролируемом объекте, если его содержание однозначно связано с водородосодержанием.

Основная часть у - источников - это радиоактивные у - нуклиды, полученные искусственно. Важнейшими у - источниками для подобной задачи являются 137Сз, 60Со.

В радиационном контроле используют разные типы (а, п) - источников, фотонейтроны, источники спонтанного деления. Исходя из предыдущих опытов, в исследова-

241 252

нии используется (а, п) - источников Агп -Ве и источник спонтанного деления Сг .

Изотоп Аш"41 очень удобен, поскольку Тш= 458 лет; удельная активность выше, чем у Ри239, можно изготавливать компактные источники с нейтронным выходом 106-107 с '' геометрические размеры источников малы, у - фон тоже очень мал - в спектре Аш241 нет линий с энергией больше 370 КэВ.

252

Источник ""СГ имеет малый выход сопутствующего у - излучения - не более 3 у -квантов на один испущенный нейтрон, самую высокую удельную активность, большую долю низкоэнергетических нейтронов в спектре. Недостатком может считаться только

сравнительно малый период полураспада - Т1/2 ~ 2,64 года. Исходя из вышеперечисленного, в экспериментах проведено сравнение результатов, полученных при применении Аш241-Ве и 252С£

Источники нейтронов, используемые в нейтронной влагометрии, испускают преимущественно быстрые нейтроны, а информацию о влажности материала несут нейтроны, замедлившиеся преимущественно на ядрах водорода (воды) вплоть до тепловых энергий. Поэтому детектор нейтронного влагомера должен хорошо регистрировать медленные нейтроны в присутствии промежуточных.

В установке, использованной в исследованиях по теме ВКР, в качестве источника

137

гамма - квантов применен радионуклидный источник Сэ, а в качестве детектора -сборка газоразрядных счетчиков СБМ - 20.

Гамма - канал работает по методу «узкого пучка»: доминирующим процессом взаимодействия гамма - квантов с веществом является комптон- эффект, происходящий при энергии Е = (0,5-1,0) МэВ.

Детектором медленных нейтронов служит газоразрядный гелиевый счетчик СИМ - 56.

По показаниям детектора нейтронов, то есть по каналу «нейтрон-2» (ДВН), судят о суммарном количестве водородосодержащих жидкостей (пластовая вода, нефть), находящихся в порах керна. В канал ДВН попадают быстрые нейтроны от источника АпГ41 - Ве и основным процессом, происходящим в канале ДВН, является неупругое рассеяние, в результате которого происходит ослабление быстрых нейтронов до медленных на атомах водорода и углерода. Чем больше жидкости в керне, тем больше тепловых и медленных нейтронов можно зарегистрировать.

Быстрые нейтроны, испускаемые источником Ат241 - Ве, замедляясь в слое парафина до медленных, проходят через канал ДНВН, в котором определяется засоленность жидкости, содержащейся в кернах. Основным процессом взаимодействия нейтронов с керном в этом канале является радиационный захват, в результате которого происходит поглощение нейтронов, вследствие этого происходит испускание гамма - квантов.

Процесс радиационного захвата наиболее вероятен на атомах хлора, входящего в состав основных солей (ЫаС1, КС1).

Чем больше концентрация соли, тем меньше нейтронов проходит сквозь керн. По известной засоленности (известная величина для каждой скважины) определяют водо-насыщенность (содержание пластовой воды).

В ходе работы изучено замедление нейтронов и гамма - квантов в кернах диаметром 80 и 100 мм. В качестве заменителя нефти был выбран полиэтилен сверхвысокомолекулярный (мелкодисперсный, диаметр гранул 0,01-0,02 миллиметра) потому, что по процентному содержанию углерода и водорода полиэтилен близок к нефти.

В ходе экспериментов были замешаны растворы песка с 10, 20, 30 и 40 - процентным содержанием полиэтилена; засыпаны в кернодержатели диаметрами 80 и 100 миллиметров и проведены эксперименты по определению плотности керна, нефтеводона-сыщенности, а затем на основе полученных данных были рассчитаны плотность скелета и коэффициент пористости керна, приведенных в дипломе. Построены зависимости показаний детектора гамма - квантов от плотности керна, и зависимость показаний детектора нейтронов от концентрации полиэтилена, а также зависимость показаний детектора нейтронов от концентрации полиэтилена с использованием кадмиевой пластины для отсечения нейтронов с энергиями ниже кадмиевого резонанса.

При оценке работоспособности прибора в условиях нестабильности сетевого питания и перепада температур, проведены испытания на термостабильность.

Записи температурных испытаний производились в счетном режиме специальной программой установленной на персональный компьютер, непрерывно в течение восьми часов на каждую температурную точку в диапазоне от -45 °С до +45 °С, с шагом 5 градусов.

Из зависимости блока детектирования видно, что изменение скорости счета в диапазоне от -45 °С до +45 °С будет несущественным. Статистическая погрешность в каждой температурной точке составляет не более ± I %.

Поскольку анализатор является установкой, в которой используются радионук-лидные источники гамма-излучения и нейтронов, прибор должен быть аттестован на радиационную безопасность в соответствии с требованиями Норм радиационной безопасности (НРБ-99) и Основных санитарных правил обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99).

Показания дозиметра в любой части наружной поверхности установки и на расстоянии один метр от нее не должны превышать значений, указанных в НРБ-99, и именно 100 мЗв/ч на поверхности и 3 мЗв/ч на расстоянии одного метра. Проведена проверка соблюдения этих требований при подборе активности источников и размеров биологической защиты в анализаторе АНКР-2М.

Список литературы

1. Орлов Л.И., Карпов Е.Н., Топорков В.Г. Петрофизические исследования коллекторов нефти и газа. - М.: Недра, 1987. - 341 с.

2. Гилатуддинов М.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного пласта. - М.: Недра, 1982.-256 с.

3. Воробьев В.А., Горшков В.А., Шеломанов А.Е. Гамма - плотнометрия. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 149 с.

4. Источники альфа, бета, гамма - и нейтронного излучений: каталог. - М.: Изд-во В/О «Изотоп», 1980.-219 с.

ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА ОБРАТНОГО ПРОЕЦИРОВАНИЯ ДЛЯ КОМПТОНОВСКОЙ ТОМОГРАФИИ

C.B. Кривовяз, Б.И. Капранов Томский политехнический университет Россия, 643028 г. Томск ул. Савиных - 7, НИИ интроскопии Tel: +7 (3822) 417307, Fax: +7(3822) 420075

В последнее время компьютерные технологии получили наиболее широкое развитие. Успехи в создании компьютерных вычислительных систем послужили толчком для развития средств компьютерной томографии (KT). Применение данного метода обусловлено принципиально новыми возможностями для НК: способность воспроизводить внутреннюю структуру толстых, неоднородных промышленных изделий сложной формы без взаимного наложения теней различных элементов; большую, чем у традиционной радиографии, чувствительность к локальным нарушениям сплошности, включениям, разности плотностей и малым отклонениям геометрической формы.[1] Кроме того, не менее важной частью компьютерных систем H К является математическое и программное обеспечение, которое позволяет не только представить наиболее адекватное изображение объекта, но и значительно ускорить сам процесс контроля.[1,2].

В основе большинства трансмиссионных томографов лежит идея, состоящая в том, что внутреннюю структуру объекта можно представить получив ряд параллельных поперечных сечений. Поэтому главная задача компьютерной томографии состоит в получении двумерного (плоского) изображения поперечного сечения исследуемого объекта, которая и