УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ АППАРАТУРЫ НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА

Полезная модель относится к области метрологического обеспечения скважинной геофизической аппаратуры, а именно к созданию стандартных образцов для градуировки и поверки аппаратуры нейтронного каротажа, применяемой при исследовании скважин нефтегазовых месторождений.
Современный этап геологоразведочных работ на нефть и газ характеризуется усложнением горно-геологических условий изучаемых разрезов и объектов, что обуславливает повышение требований к эффективности ГИС. В этих условиях качество и информативность геофизических методов исследований зависит от технологических особенностей проводки скважин. В частности существенное влияние на результаты измерений оказывают применяемые новые типы буровых растворов (полимер-коллоидные, утяжеленные и др.) с содержанием разного рода компонентов, определяющий широкий диапазон их физико-химических свойств. В практике геофизических исследований интерпретационное обеспечение в основном учитывает влияние на измеряемые параметры минерализации растворов относительно содержания NCl. Влияние иных компонентов на измеряемые параметры геофизических исследований, включая нейтронные методы, еще изучено недостаточно. Недостоверность сведений о количественном содержании и свойствах различных компонентов в растворе, в том числе содержащих элементы с высоким сечением поглощения нейтронов, затрудняет внесение соответствующих поправок за их влияние в результаты измерений и, таким образом, объективно изучать физические свойства горных пород.
Таким образом, актуальной задачей является необходимость разработки и применения новых метрологических средств и способов учета искажающих факторов на результаты нейтронных методов исследований.
Из предшествующего уровня техники известен ряд калибровочных устройств различных конструкций, обеспечивающих метрологический контроль геофизической аппаратуры для решения различных геолого-технических задач при проводке и эксплуатации нефтегазовых скважин.
В области метрологического обеспечения радиоактивных методов исследования скважин используется комплекс Государственных стандартных образцов (ГСО), выполненных в виде моделей пластов, пересеченных скважиной. Калибровочные устройства для обеспечения метрологического контроля скважинной геофизической аппаратуры нейтронных методов содержат следующие модели пластов [1]:
1) Комплект ГСО объемного влагосодержания карбонатных горных пород (комплект НК) состоящий из трех стандартных образцов:
НК-1 представляет собой сборку из монолитных блоков белого мрамора Коэлгинского месторождения по ГОСТ 9479-98. В центральном ряду из пяти блоков пробурено пять скважин диаметрами 76, 96, 146, 196 и 244 мм. НК-2 и НК-3 изготовлены из гранул того же мрамора. В НК-2 использованы гранулы двух размеров: 25-35 мм (крупная фракция) и 7-12 мм (мелкие фракция). В НК-3 использованы гранулы одной фракции 7-12 мм. В обоих СО гранулы засыпаны в корпус, представляющий собой емкость цилиндрической формы диаметром 1.7 м и высотой 2.9 м. По оси корпуса стандартных образцов вмонтированы цилиндрические стаканы, из тонкой листовой стали, воспроизводящие скважины диаметром 96, 196, 243 мм. Межгранулярное пространство заполнено пресной водой.
2) Комплект ГСО нейтронных характеристик горных пород (НХ) состоящий из четырех стандартных образцов:
Стандартный образец НХ-1 представляет собой бассейн с поперечными размерами 4×6 м и глубиной 4 м, заполненный водой ГОСТ 51232-98. Стандартные образцы НХ-2 и НХ-3 конструктивно идентичны. Каждый из них выполнен в виде двух полых коаксиальных стальных цилиндров. Внутренний цилиндр имитирует скважинное отверстие, толщина его стенок составляет 1.0 мм, диаметр 196 мм. Корпус (внешний цилиндр с днищем и крышкой) имеет размеры: диаметр - 2.4 м и высота - 2.6 м. Пространство между цилиндрами заполнено твердой фракцией в виде гранул, а поры насыщены питьевой воды. НХ-2 заполнен крошкой из белого мрамора Коэлгинского месторождения по ГОСТ 9479-84 размером 10-20 мм. НХ-3 заполнен двухфракционной смесью: крупная фракция - крошка Коэлгинского мрамора размером 20-30 мм, мелкая фракция - кварцевый песок по ГОСТ 22551-77. НХ-4 с пористостью Кп=0.8% собран из мраморных блоков размером 1.0×1.0×2.3 м общим размером сборки 3.0×3.0×2.3 м. В центральном блоке пробурено сквозное скважинное отверстие диаметром 196 мм.
В стандартных образцах НХ-2, НХ-3, НХ-4 к скважине пристыкован зумпф глубиной 1.2 м и диаметром 400 мм.
Недостатком калибровочных устройств является то, что их рабочее пространство непосредственно вокруг прибора, заполняется пресной водой и таким образом не воспроизводит влияние реальных скважинных условий на результаты измерений нейтронными методами.
Наиболее близким по технической сущности является комплект имитаторов [2], состоящий из коаксиально расположенных тонкостенных труб, имеющих общее герметичное дно, в наименьшей из которых помещается скважинный прибор. На каждой трубе, за исключением трубы с наименьшим диаметром, имеется ряд сквозных отверстий, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубы, на разном расстоянии от дна труб, причем это расстояние минимально для внешней трубы и максимально для трубы, расположенной рядом с внутренней трубой. На наружной трубе нанесены метки, указывающие уровень погружения комплекта имитаторов в пресную воду для каждой точки контроля. При погружении устройства в воду поочередно до каждой метки через отверстия в трубах происходит заполнение водой пространства между стенками труб, что позволяет имитировать разные значения коэффициентов пористости.
Недостатком прототипа является то, что не предусмотрена возможность воспроизведения физико-химических свойств бурового раствора, окружающего скважинный прибор.
Общим недостатком существующих калибровочных устройств является, то, что при моделировании широкого диапазона объемного влагосодержания карбонатных горных пород они не воспроизводят нейтронные характеристики бурового раствора, заполняющего внутрискважинное пространство и непосредственно окружающего скважинный прибор.
Предлагаемая полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом, является расширение арсенала технических средств в области метрологического обеспечения геофизической аппаратуры, повышение точности и достоверности результатов исследований за счет воспроизведения влияния реальных скважинных условий на нейтронные методы.
Технический результат достигается за счет того, что устройство для калибровки геофизической аппаратуры включает физическую модель, состоящую из полого цилиндрического корпуса, воспроизводящего скважинное пространство и заполняемого буровым раствором, причем верхняя и нижняя части корпуса оборудованы направляющими цилиндрами, содержащими элементы для крепления корпуса к скважинному прибору и снабжены уплотнительными резиновыми элементами.
Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1 и 2.
На фиг. 1 показан схематично продольный разрез устройства, где:
1 - полый цилиндрический корпус высотой 2.0 м, выполненный из тонкой листовой нержавеющей стали толщиной 1.0 мм, и диаметром 194 мм,
2 - направляющие цилиндры высотой 100 мм, внутренним диаметром 77 мм и с толщиной стенок 7 мм для крепления цилиндрического корпуса к скважинному прибору 3,
4 - элементы для крепления к скважинному прибору представляют собой болты М8 длиной 30 мм и резьбовые отверстия, расположенные радиально с двух сторон на каждом направляющем цилиндре,
5 - уплотнительные резиновые элементы,
6 - заливочное отверстие диаметром 20 мм для заполнения полости устройства буровым раствором 7,
8, 9 и 10 - элементы зондовой установки скважинного прибора, соответственно источник ионизирующих излучений, счетчики нейтронов малого и большого зондов.
Устройство работает следующим образом. Для калибровки аппаратуры нейтронного каротажа устройство закрепляют на корпусе скважинного прибора, герметизируют от окружающей среды, заполняют буровым раствором и вместе с прибором помещают в стандартные модели горных пород или бассейн с водой.
3
3
С применением предлагаемой полезной модели выполнена калибровка аппаратуры импульсного нейтронного каротаж АИНК-43 в бассейне с пресной водой. В процессе калибровки через заливочное отверстие (6) полость устройства (1) поочередно заполнялось пресной водой, минерализованной водой 100 г/л NaCl плотностью 1.08 г/см и полимер-коллоидным раствором плотностью 1.21 г/см. На фиг. 2 приведены результаты калибровки - графики временного (Т) распределения плотности тепловых нейтронов (А) для каждого варианта заполнения полости калибровочного устройства, где: 1 и 2 - малого и большого зонда для пресной воды, 3 и 4 - малого и большого зонда для минерализованной воды, 5 и 6 - малого и большого зонда для полимер-коллоидного раствора. Получены следующие результаты измерения интерпретационного параметра «времени жизни» тепловых нейтронов (τ): 200 мкс - для пресной воды в полости устройства и в бассейне за зоной действия устройства, соответствующей временной задержке >350 мкс; 75 мкс - для минерализованной воды и 80 мкс - для полимер-коллоидного раствора в зоне действия устройства, соответствующей временной задержке <350 мкс.
Экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена высокой точностью измерения и достоверностью результатов.
Литература:
1. В.В. Илюшин, С.А. Венско, Е.В. Громов, В.Г. Цейтлин. Центр метрологии и сертификации ОАО «Газпромгеофизика // НТВ «Каротажник». 2007. №9 (162). С. 103-116.
2. Устройство для калибровки аппаратуры нейтронного каротажа. Патент РФ 2351961 G01V 5/00, пуб.: 10.04.2009.