Комплексная спектрометрическая аппаратура импульсного нейтронного каротажа
INTEGRATED SPECTROMETRIC EQUIPMENT OF PULSE NEUTRON LOGGING

Изобретение относится к области геофизических исследований обсаженных нефтегазовых скважин и предназначено для диагностики прискважинной зоны продуктивных коллекторов с целью определения характера насыщения и элементного состава пород и насыщающих их флюидов нейтронными методами с использованием импульсного генератора нейтронов.
Известна аппаратура СПРК (спектрометрический прибор радиоактивного каротажа), в которой реализованы - спектрометрическая модификация метода НГК (нейтронный гамма-каротаж) на хлор - СНГК-Cl, а также метод 2ННКт - двухзондовый нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (Лысенков А.И. Хлорный каротаж на базе стационарных нейтронных источников // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2006. Вып. 7-8 (148-149). - С. 109-128).
Прибор позволяет определить массовое содержание хлористого натрия М(С1) в пластовой воде, которое отражает водонасыщенную пористость в нефтеносном коллекторе, и коэффициент пористости, определяемый по результатам 2ННКт, посредством которых вычисляется коэффициент нефтенасыщенности.
Известна комплексная спектрометрическая аппаратура нейтронного каротажа, включающая общий стационарный источник нейтронов, зонды с двумя 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 СНГК, малый и большой зонды детекторов тепловых нейтронов ННКт развернуты по оси в противоположные стороны относительно источника нейтронов (Патент РФ №127487, G01V 5/00, 27.04. 2013 г. ).
В известной аппаратуре используется стационарный источник нейтронов (ампульный, химический), что экологически не безопасно, при этом в аппаратуре не полностью реализованы аналитические возможности нейтронных методов по надтепловым нейтронам и практически отсутствует возможность реализации методик определения характера насыщения коллекторов, основанных на анализе временного спада потоков надтепловых нейтронов и гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ГИРЗ), в следствие чего не обеспечивается достаточная информативность проведения каротажа.
Известен комплекс нейтронного каротажа на основе высокочастотного импульсного нейтронного генератора (МАНК), содержащий четыре зонда: два - для регистрации тепловых нейтронов (НКт), два - для регистрации надтепловых нейтронов (НКнт), расположенные по одну сторону от излучателя нейтронов на основе высокочастотной газонаполненной нейтронной трубки, и блок электроники (Киргизов Д.И., Воронков Л.Н., Садыков А.Р. Многоцелевой аппаратурно-программный комплекс на основе высокочастотного импульсного нейтронного генератора. /НТВ Каротажник, Тверь, №3, 2012 г., стр. 129-136.) (принят за прототип к заявляемой аппаратуре).
Недостаток известной аппаратуры заключается в том, что в ней не в полной мере реализуются возможности импульсных нейтронных методов по диагностики прискважинной зоны продуктивных коллекторов из-за отсутствия в составе комплекса зонда спектрометрического импульсного нейтронного гамма-каротажа (ИНГК-С), что не позволяет детально исследовать прискважинную зону коллектора по флюидному составу углеводородов и содержанию пластовых вод в поровом пространстве коллектора и их распределение в радиальном направлении от стенки эксплуатационной колонны.
Кроме того, в известной аппаратуре отсутствует спектрометрический зонд по наведенной гамма активности (НАК), имеющий возможность регистрировать спектральное распределение наведенной гамма активности от химических элементов, входящих в состав горных пород и насыщающих их флюидов, что не позволяет определить их элементный состав.
Техническим результатом, достигаемым применением заявляемого устройства, является расширение функциональных возможностей нейтронных методов, позволяющих детально исследовать прискважинную зону коллектора по флюидному составу углеводородов и содержанию пластовых вод в поровом пространстве коллектора и их распределение в радиальном направлении от стенки эксплуатационной колонны с одновременным определением элементного состава горных пород и насыщающих их флюидов на основе использования закономерностей пространственного, энергетического, временного распределения нейтронов и ГИРЗ при помощи многозондовой установки, реализующей методы импульсного нейтрон-нейтронного каротажа по надтепловым и тепловым нейтронам 2ИННКнт и 2ИННКт, спектрометрического импульсного нейтронного гамма-каротажа ИНГК-С с применением зонда НАК, который совместно с ИНГК-С позволяет определять элементный состав горных пород и насыщающих их флюидов.
Указанный технический результат достигается тем, что комплексная спектрометрическая аппаратура импульсного нейтронного каротажа, содержащая корпус, в котором размещены импульсный генератор нейтронов, зонды импульсного нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам (ИННКт) и зонды импульсного нейтрон-нейтронного каротажа по надтепловым нейтронам (ИННКнт), расположенные по одну сторону от импульсного генератора нейтронов, в отличие от известного, дополнительно содержит спектрометрический зонд гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ИНГК-С) с детектором, помещенным в борный экран и защищенным свинцовым экраном от сопутствующего гамма излучения, идущего от импульсного генератора нейтронов и гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов, идущего со стороны ствола нефтегазовой скважины, и расположенный с обратной стороны от импульсного генератора нейтронов и удаленный от него спектрометрический зонд гамма активности (НАК), регистрирующий спектральное распределение наведенной гамма активности от химических элементов, входящих в состав горных пород и насыщающих их флюидов.
Зонды расположены в следующей последовательности от центра управляемого генератора нейтронов: с одной стороны - малый зонд ИННКнт, малый зонд ИННКт, большой зонд ИННКнт, большой зонд ИННКт, зонд ИНГК-С, а с противоположной стороны от генератора нейтронов - зонд НАК, удаленный от него на расстояние от 1,5 до 2 м.
При этом между детекторами нейтронов ИННКт, ИННКнт и импульсным генератором нейтронов установлены защитные экраны, а детекторы ИННКнт снабжены дополнительными защитными экранами.
Защитные экраны между детекторами нейтронов ИННКт, ИННКнт и управляемым генератором нейтронов выполнены из полиамида.
Дополнительный защитный экран детекторов ННКнт выполнен из кадмия.
На прилагаемом чертеже представлено схематичное расположение зондов комплексной спектрометрической аппаратуры импульсного нейтронного каротажа.
В корпусе 1 размещены импульсный генератор нейтронов 2, по одну сторону от которого расположены детекторы 3 и 4 надтепловых нейтронов, формирующие малый зонд (МЗ) ИННКнт и большой зонд (БЗ) ИННКнт, детекторы тепловых нейтронов 5 и 6, формирующие большой зонд (БЗ) ИННКт и малый зонд (МЗ) ИННКт, соответственно. Спектрометрический детектор 7 гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов зонда ИНГК-С помещен в борный экран-конвертор 8 для формирования фотопика бора с энергией 478 кэВ для установки энергетической шкалы метода ИНГК-С и защищен свинцовым экраном 9 от сопутствующего гамма излучения, идущего от генератора нейтронов 2 и гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов, идущего со стороны ствола нефтегазовой скважины. С обратной стороны от импульсного генератора нейтронов 2 расположен удаленный от него спектрометрический детектор гамма активности 10 зонда НАК, регистрирующий спектральное распределение наведенной гамма активности от химических элементов, входящих в состав горных пород и насыщающих их флюидов.
Зонды расположены в следующей последовательности от центра управляемого генератора нейтронов 2: с одной стороны - МЗ ИННКнт, МЗ ИННКт, БЗ ИННКнт, БЗ ИННКт, зонд ИНГК-С, а с противоположной стороны от генератора нейтронов 2 - удаленный зонд НАК. Зонд НАК удален от импульсного генератора нейтронов на расстояние от 1,5 до 2 м (в зависимости от диаметра скважины), обеспечивающее зону отсутствия воздействия прямого и рассеянного гамма-излучения импульсного генератора нейтронов.
При этом между детекторами нейтронов ИННКт 5 и 6, ИННКнт 3 и 4, и импульсным генератором нейтронов 2 установлены разделительные экраны 11, 12, 13 и 14, а детекторы 3 и 4 ИННКнт снабжены дополнительными защитными экранами 15 и 16.
Разделительные экраны 11, 12, 13 и 14 между детекторами нейтронов ИННКт 5 и 6, ИННКнт 3 и 4 и импульсным генератором нейтронов 2 выполнены из полиамида.
Дополнительные защитные экраны 15 и 16 детекторов ННКнт 3 и 4 выполнены из кадмия.
В корпусе 1 также располагают электронный блок для регистрации и передачи данных на поверхность (не показано).
Корпус 1 снабжен прижимным устройством и спускается в скважину на кабеле (не показано).
Во время подъема аппаратуры проводится нейтронный каротаж околоскважинного пространства комплексами зондов 2ИННКнт, 2ИННКт, ИНГК-С и НАК.
Зонды 2ИННКт и 2ИННКнт одновременно регистрируют детекторами 3 и 4, 5 и 6 временное распределение тепловых и надтепловых (надкадмиевых) нейтронов, возникающее при облучении скважинной среды (управляемым) импульсным генератором нейтронов 2, который работает в режиме непрерывного переключения излучений быстрых нейтронов от высокой частоты до низкой частоты.
Спектрометрический детектор 7 зонда ИНГК-С регистрирует временное и спектральное распределение гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (ГИРЗ) по энергии, образующейся в результате ядерных реакций при захвате тепловых нейтронов.
Зонд НАК регистрирует наведенную гамма активность горных пород и насыщающих их флюидов, образующуюся в результате облучения их потоком быстрых нейтронов от импульсного генератора нейтронов 2.
Во время работы детекторов МЗ и БЗ ИННКт, МЗ и БЗ ИННКнт, происходит преобразование потоков тепловых и над тепловых нейтронов в электрические импульсы, а в детекторах ИНГК-С и НАК (на чертеже обозначено стрелками) происходит преобразование световых вспышек детекторов в пропорциональные энергии гамма-квантов амплитуды импульсов тока посредством фотоэлектронных умножителей (ФЭУ). 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).
Комплексирование зондов (2ИННт+ИНГК-С) и (2ИННКнт+ИНГК-С) позволяет проводить литологическое расчленение разрезов, определить пористость (Кп) горных пород, выделить газожидкостный и водонефтяной контакты, рассчитать коэффициенты газонасыщенности (Кг), нефтенасыщенности (Кн), нефтегазонасыщенности (Кнг) зон коллекторов на различном удалении от стенки эксплуатационной колонны нефтегазовых скважин.
Разноглубинность исследований прискважинной зоны обеспечивается за счет использования закономерностей изменения глубинности исследований импульсными нейтронными методами в зависимости от пространственного, энергетического и временного распределения нейтронов и ГИРЗ с применением многозондовой установки ИННК. Малой глубинностью исследований обладает метод ИННКнт, средней ИННКт, большей ИНГК-С, обеспечивающие исследование зон коллектора на различном удалении от стенки эксплуатационной колонны нефтегазовых скважин. Коэффициенты нефтенасыщенности Кн, нефтегазонасыщенности Кнг, газонасыщенности Кг вычисляют по функциям насыщения, определяемым комплексами 2ИННКт+ИНГК-С и 2ИННКнт+ИНГК-С, для выделенных зон коллекторов на различном удалении от стенки эксплуатационной колонны нефтегазовых скважин.
Комплексная спектрометрическая аппаратура импульсного нейтронного каротажа на основе реализованных методов позволяет вычислять коэффициенты нефтенасыщенности Кн, нефтегазонасыщенности Кнг, газонасыщенности Кг и объемной газонасыщенности Кп х Кг и нефтенасыщености Кп х Кн, нефтегазонасыщенности Кп х Кнг на разном удалении от стенки эксплуатационной колонны в условиях разной минерализации пластовых вод в скважинах с многоколонной конструкцией.
Применение зонда ИНГК-С, который защищен свинцовым экраном от сопутствующего гамма излучения, идущего от генератора нейтронов и гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов от химических элементов флюидов, заполняющих скважину, позволяет более точно определять характер насыщения более удаленной в радиальном направлении зоны коллектора.
Применение зонда НАК, регистрирующего спектральное распределение наведенной гамма активности от химических элементов, входящих в состав горных пород и насыщающих их флюидов позволяет получить данные по элементному составу (кислород, алюминий и т.д.) околоскважинного пространства, что увеличивает информативность исследований и позволяет уменьшить суммарную стоимость на их проведение.
Применение импульсного нейтронного генератора позволяет повысить информативность спектрометрических модификаций ИНГК-С за счет увеличения числа регистрируемых ядерных взаимодействий нейтронов с элементами горных пород и насыщающих их флюидов с использованием энергии излучаемых нейтронов до 14 МэВ (в стационарных источниках - 4,6 МэВ) и обеспечить радиационную и экологическую безопасность, а комплексирование нескольких нейтронных методов - повысить достоверность и информативность получаемых данных.