Федеральноеагентство по образованию Российской Федерации
Кубанский Государственный Университет
Геологический Факультет
Кафедра Геофизики
Курсовая работа
Метод ИННК и его место в комплексе ГИС
Выполнил ст. 35 гр.
Савченко А.А.
Проверил д. тех.н.
Дембицкий С.И.
Краснодар 2006
СодержаниеTOC o «1-3» h z u
Введение. PAGEREF _Toc132206758 h 3
1. Основные положения импульсного нейтрон-нейтронногокаротажа. PAGEREF _Toc132206759 h 4
2. Физические основы импульсных нейтронных метдов. PAGEREF _Toc132206760 h 5
3. Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж… PAGEREF _Toc132206761 h 7
4. Аппаратура и методика работ. PAGEREF _Toc132206762 h 10
5.Области применения ИННК и решаемые им геологическиезадачи. PAGEREF _Toc132206763 h 14
Заключение. PAGEREF _Toc132206764 h 16
Список литературы… PAGEREF _Toc132206765 h 18Введение
Данная курсовая работапредусмотрена учебным планом VIсеместра. Она рассматривает один из методов радиометрии,основанный на регистрации нейтронов. Целью курсовой работы является изучениеместа ИННК в комплексе ГИС. Для достижения цели предусмотрено рассмотрение следующихвопросов:
1 Основные положения импульсногонейтронного каротажа
2 Физические основыимпульсных нейтронных методов
3 Импульсныйнейтрон-нейтронный метод
4 Аппаратура и методикаисследования ИННК
5 Области применения ИННКи решаемые им задачи
Методы при которых горнаяпорода облучается нейтронами, носят название нейтронных. Нейтронные методыразличаются видом регистрируемого вторичного излучения, вызванноговзаимодействием на породу первичных нейтронов источника, а также режимомисточника. В данном случае источник импульсный, т.е нейтроны испускаются втечение небольших интервалов времени, между которыми источник выключен.
Импульсныйнейтрон-нейтронный каротаж основан на многомерной регистрации нестационарныхпотоков тепловых нейтронов одновременно на двух зондах в скважинах любыхкатегорий. За счет применения импульсных генераторов нейтронов измеряетсяпространственно-временное распределение тепловых нейтронов в скважинах, врезультате чего достигается повышенная достоверность и однозначность решениятрадиционных задач нефтепромысловой и нефтеразведочной геофизики.
1. Основныеположения импульсного нейтрон-нейтронного каротажа
Импульсныйнейтрон-нейтронный каротаж основан на многомерной регистрации нестационарныхпотоков тепловых нейтронов одновременно на двух зондах в скважинах любыхкатегорий. За счет применения импульсных генераторов нейтронов измеряетсяпространственно-временное распределение тепловых нейтронов в скважинах, врезультате чего достигается повышенная достоверность и однозначность решениятрадиционных задач нефтепромысловой и нефтеразведочной геофизики.
Технические особенности:
— применение в обсаженных и необсаженных скважинах с любым типомраствора;
— диапазон измерения спада интенсивности тепловых нейтронов — 300-2560 мкс;
— наиболее благоприятные условия измерения — минерализация пластовой воды>100г/л при пористости 20%;
— высокая эффективность при проведении измерений по методике закачки в пласт растворовразной минерализации;
— возможность изучения свойств дальней и ближней зоны пласта;
— масштаб глубины 1:200;
— применение генераторов нейтронов с выходом 108 нейтрон/с.
Применение:
— определение характеранасыщения пластов;
— определение ГВК, ВНК;
— определение коэффициента текущей нефтенасыщенности пластов;
— определение пористости пластов.
2. Физические основы импульсных нейтронных метдов
Нейтроннымиметодами исследования разрезов скважин с использованием стационарных ампульныхисточников нейтронов, когда горная порода непрерывно облучается потоком быстрыхнейтронов, называется постоянный во времени процесс взаимодействия нейтронов спородой, результаты которого фиксируются или по плотности надтепловых нейтроновв ННМ-НТ, или по плотности тепловых нейтронов в ННМ-Т, или по интенсивностигамма-излучения радиационного захвата в НГМ. При этом теряется информация оповедении нейтронов или гамма-квантов во времени и, таким образом, затрудняетсяили почти полностью исключается возможность раздельного изучения отдельных процессоввзаимодействия исследуемых частиц с горной породой. Это снижает общую информативностьэтих методов. От указанного недостатка свободны импульсные нейтронные методы.
Приимпульсных нейтронных методах исследования скважин горная порода облучается кратковременнымипотоками быстрых нейтронов длительностью ∆τ, следующими один за другим через определенныепромежутки нейтронного времени τ(рис.1).
Рис1. Формаимпульсов в нейтронных методах
Через некоторое время τз(время задержки) после окончания генерируемого импульса в течении времени∆τзам производитсяизмерение плотности нейтронов nтили продуктов их взаимодействия с горной породой.
Последовательноизменяя τз припостоянном ∆τ, можно получить зависимость плотности нейтронов илиинтенсивности радиационного гамма-излучения от τз и таким образом изучить процесс уменьшения исследуемыхчастиц в горной породе от времени после окончания импульса быстрых нейтронов.
Интерпретируятакого рода зависимости интенсивности исследуемых частиц от времени по соответствующимметодикам, можно получить нейтронные характеристики пород по разрезу скважины.
Взависимости от того, какие элементарные частицы регистрируются и при какихвременных задержках τз исследуются нейтронные поля, различаютследующие методы: импульсный нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронамИННМ, импульсный нейтрон-нейтронный гамма-метод ИНГМ, импульсный методгамма-излучения неупругого рассеяния ИНГМР.
3. Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж
Наиболеешироко применяется импульсно нейтрон-нейтронный каротаж, при которомрегистрируется плотность тепловых нейтронов. Пространственно-временное распределениеплотности тепловых нейтронов от импульсного источника быстрых нейтронов определяетсянейтронными параметрами исследуемой среды, зависящих как от диффузионных характеристикгорных пород Dи τnтак и от длины замедления Lз, характеризующей их замедляющее свойства. Такимобразом, данные импульсного нейтрон-нейтронного каротажа несут в себеинформацию о водородосодержании пород – через коэффициент диффузии Dи длину Lзи о содержании в породах элементов с повышеннымисечениями захвата – через среднее время жизни тепловых нейтронов τn.
Величинакоэффициента диффузии различных пород варьирует в относительно небольшихпределах (0,4∙10-5 — 3∙10-5 см2/с),зависит главным образом от водородосодержания и не зависит от минерализациипластовых вод.
Величинасреднего времени жизни тепловых нейтронов горных пород определяется их поглощающими свойствами и изменяется взначительно больших пределах (4,6 – 1065 мкс), чем коэффициент диффузии.
В общемслучае двух сред с разным водородосодержанием (D12) с разными поглощающими свойствами, т.е. среднее время жизни тепловыхнейтронов первой среды τ не равно τn2,второй среды на заданном расстоянии отисточника, отношение плотностей тепловых нейтронов этих сред
[n1(τ) и n2(τ)].
n1(τ) / n2(τ) D12) exp[τs((1/ τn1) – (1/ τn2))] (1)
Величинаn1/n2 вбольшей степени зависит от поглощающих свойств гордых пород, чем отзамедляющих, что и находит свое отражение при использовании ИННК для изученияразрезов скважин .
Основнойизмеряемой величиной в импульсно нейтрон-нейтронном каротаже является среднеевремя жизни тепловых нейтронов τn. Из формулы (1) следует, что,изменяя время задержки τsможно получить сколь угодно большиеразличия в величинах измеряемых плотностей нейтронов против нефтеносного иводоносного пластов. В этом одно из основных преимуществ импульсногонейтрон-нейтронного каротажа.
Радиусзоны исследования ИННК Rисопределяется водородосодержанием среды и временем задержки:
Сувеличением водородосодержания среды уменьшается коэффициент диффузии тепловыхнейтронов и, следовательно, радиус исследования. Глубинность ИННК непрерывновозрастает с увеличением времени задержки. Однако с увеличением τ3 падает скорость счетаимпульсов, что приводит к большим статистическим погрешностям измерений.
В силубольшой энергии нейтронов, испускаемых скважинным генератором нейтронов (до 14МэВ), при соответствующем выборе времени задержки (τs= 1000 – 12000 мкс) радиусисследования ИННК (60-80 см)намного превышает глубинность нейтронных методов с ампульными нейтроннымиисточниками. В этом существенное преимущество импульсного нейтрон-нейтронного каротажа.
Размерзонда оказывает влияние на расчленяющую способность ИННК против маломощныхпластов и точность определения среднего времени жизни тепловых нейтронов. Длиназонда обуславливается расстоянием от мишени генератора нейтронов до серединыиндикатора. Точка записи условно относится к мишени прибора. При работе в нефтяных скважинах используется зонддлинной Ln=30 см, в газовых скважинах – зонд с Ln= 50.
Влияниена величину плотности тепловых нейтронов в ИННК положения прибора в скважинеотносительно ее оси, стальной обсадочной колонны и цементного кольца, зоныпроникновения фильтрата промывочной жидкости и других факторов подчинено примернотем же законом, что и в стандартной модификации ННМ-Т. Однако при достаточнобольших временах задержки на характере временного распределения плотности тепловыхнейтронов скважинные условия почти не сказываются. Импульсы источника повторяютсячерез небольшое время (обычно 10-400 раз в 1 с) и при ИННК регистрируетсяинтенсивность тепловых нейтронов для некоторого значения времени задержки, усредненнаяпо большому числу импульсов источника.
4. Аппаратура и методика работ
В ИННК применяется измерительнаяскважинная установка, состоящая из импульсного скважинного генератора нейтронови расположенного на некотором фиксированном расстоянии (длина зонда) от него детекторанейтронов. Модель скважинного приборадля работ методом ИННК представлена на рисунке.
Принцип работы скважинного генераторанейтронов следующий. Мишень, представляющая собой один из легких элементов(дейтерий, тритий, бериллий, литий и др.), бомбардируется потоком ускоренныхзаряженных реакций 2D( d,n) 3Heи 3T(d,n) 4Heбомбардировки потоком ионов дейтерия(дейтонов) или трития.
Основнымиконструктивными узлами генератора нейтронов являются ускорительная трубка иисточник питания высокого напряжения (рис.). Ускорительная трубка представляетсобой стеклянный баллон, заполненный дейтерием (изотопом водорода 2Н).
Рис2.Ускорительная трубка генератора нейтронов
Ионизация дейтерия осуществляется электронами,эмиссируемыми накаленным вольфрамовым катодом электроны ускоряются цилиндрическиманодом и под действием продольногомагнитного поля, образованного катушкой, перемещаются вдоль него по спиральнымтраекториям. Высоковольтный электрод, в котором расположена мишень,питается переменным синусоидальнымнапряжением с вторичной обмотки высоковольтного трансформатора Тр. При отрицательномпотенциале на электроде электроны, не доходя до конца цилиндрического анода,отражаются и таким образом совершают внутри цилиндра колебательные движения, ионизирующиедейтерий. В это же время образовавшиеся положительно заряженные дейтроны ускоряютсяи, бомбардируя мишень 6 из циркония или титана, насыщенных тритием, генерируютнейтроны с энергией до 14 МэВ.
Расходдейтерия в ускорительной трубке восполняется с помощью натекателя, которыйпредставляет собой спираль из титановой проволоки, насыщенной дейтерием. Приработе генератора натекатель нагревается током, и сорбированный дейтерийвыходит из него в объем трубки.
Генераторнейтронов может работать в непрерывном и импульсном режимах. Импульсный режимработы осуществляется подачей положительного потенциала. На цилиндрический анодподается переменное напряжение в виде прямоугольных импульсов требуемойдлительности от специального генератора, синхронизированного с высоковольтнымтрансформатором Тр. Имеются и другие конструкции генераторов нейтронов.
Существуютдва варианта скважинных измерений ИННК – непрерывная запись и запись по точкам.
Приточечной записи ИННК получают более точные значения среднего времени жизнитепловых нейтронов а пласте. Его определяют по графикам спада плотности тепловыхнейтронов в эталонных скважинах.
Точкизамеров выбираются по дифференциациальным кривым ИННК (при фиксированном окне ина различных задержках). Расстояния между точками измерений в однородныхнефтеносных пластах большей мощности должны быть 0,6-0,8 м, в литологическинеоднородных пластах малой мощности 0,4-0,5 м, в водоносных пластах 0,8-1,0 м. Время замера в каждойточке должно обеспечивать скорость счета в интегральном канале (105-106)импульсов.
Среднеевремя жизни тепловых нейтронов в пласте можно определить и по непрерывным кривымИННК, записанным при различном фиксированном временном окне, хотя погрешностьизмерений в этом случае больше.
Привыборе времени задержки и временного окна должно соблюдаться условие τ> τn > τз.
С цельюуменьшения статистических погрешностей измерения при записи кривых ИННК внефтяных и газовых скважинах ограничиваются задержками τз=1000– 1200 мкс.
Сувеличением временного окна ∆τз при выбранной задержкеповышается скорость счета в канале, а следовательно, уменьшается погрешностиизмерений. Учитывая диапазон измерения в продуктивных пластах, ∆τдля газоносных пластов следует брать больше, чем для нефтеносных пластов. Обычнопри изучении продуктивных пластов принимают ∆τз=200 мкс.
Масштабызаписи кривых ИННК выбираются таким, чтобы в исследуемом интервале разрезаскважины была максимальная дифференциация пластов в пределах ширины диаграммнойленты.
В методеИННК, как и в других методах радиометрии скважин, от скорости записи Vи постоянной интегрирования τя зависит статистическаяточность измерений и влияние на форму кривых инерционности аппаратуры, поэтомупри выборе этих величин руководствуются теми же требованиями, что и припроведении гамма-метода. Обычно в практике ИННК V=100-120 м/ч при τя=12 с.
Наиболееблизкие к истинным значениям исследуемых пород коэффициент диффузии Dи среднее время жизни нейтроновτnполучают при достаточно больших временах задержки τзи при условии n=f(τ) перестает зависеть от параметров скважины. В первый момент последействия импульса быстрых нейтронов в скважине плотность тепловых нейтронов вней становится выше, чем в пласте, следовательно, диффузия нейтронов направленапреимущественно из скважины в пласт. В следующий момент времени тепловых нейтроновбыстрее поглощаются в скважине, так как
Затемнаступает момент, когда плотность тепловых нейтронов в пласте становиться выше,чем в скважине, и тепловые нейтроны диффундируют, наоборот, в скважину. Регистрируемаяплотность тепловых нейтронов в этот момент времени будет пропорциональнаплотности нейтронов в горной породе, т.е. будет отражать нейтронныехарактеристики исследуемых пластов.
В случае
5.Области применения ИННК и решаемые им геологические задачи
Импульсныйнейтрон-нейтронный каротаж применяется для литологического расчленения разрезовскважин, выделения полезных ископаемых, определения характера насыщения ипористости пород, водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов.
Для литологическогорасчленения разреза скважин используют среднее время жизни тепловых нейтронов,определяющее поглощающие свойства горных пород, так как коэффициент их диффузииварьирует в относительно небольших пределах.
Наиболеевысокими значениями τnхарактеризуются такие основные породообразующиеминералы, как кварц (1065 мкс), доломит (956 мкс) и кальцит (630 мкс).
Изосадочных горных пород повышенными значениями обладают существенно кварцевыепесчаники, низкопористые разности известняков и доломитов (около 800 мкс),пониженными – глинистые и полимиктовые песчаники и глинистые породы (300-330мкс), а также хлоросодержащие соли и горные породы, обогащенные элементами саномально высокими сечениями захвата нейтронов (B, Li,Cdи др.), и горные породы, содержащиемарганец, железо, титан.
Достаточноконтрастно выделяются повышенным значениями угольные пласты.
Пониженнымзначениями τnn пласты – коллекторы. Однако они более уверенно выделяются вкомплексе с другими методами промысловой геофизики.
Определениехарактера насыщения коллектора и установление ВНК, ГВК и ГНК основано наразличном водосодержании и хлоросодержании продуктивных и водоносных пластов.Различное водородосодержание фиксируется величинами Dи τn. В отличие от стационарных нейтронныхметодов импульсный нейтронный метод по тепловым нейтронам позволяет решать этизадачи даже при пониженной минерализации пластовых вод (20-50 г/л).
Привысокой минерализации пластовых вод ИННК можно определить также коэффициентнефтенасащения коллекторов, а, следовательно, следить за текущим нефтенасыщениемразрабатываемых месторождений.
Заключение
Импульсныйнейтрон-нейтронный каротаж относится к активным методам регистрации излучений,возникающих при облучении специальными источниками, помещенными в скважинном приборе.
Внастоящее время разработана аппаратура для непрерывного вычисления в процессезамеров и получения непосредственно диаграмм изменения по стволу скважины. Вслучае измерений на точках (с неподвижным прибором) интенсивность нейтроновобычно определяют при большом числе значений времени задержки. И строят графикзависимости логарифма показаний lnIот τ (рис.4).
Рис3. ЗависимостьпоказанийlnI при ИННК от временизадержки в пластах.
Такойграфик позволяет точнее определить значение как величину, обратную коэффициентунаклона кривой lnI= f(τ) при больших τ.
Прималых временах задержки наклон кривой зависит также от диаметра скважины исвойств среды, заполняющей скважину. При больших значения τ такое влияниепостепенно исчезает, что является преимуществом импульсных методов. Другое ихпреимущество заключается в большей по сравнению со стационарными методамичувствительности к содержанию элементов, сильно поглощающих нейтроны. Внефтяных и газовых скважинах это позволяет различать продуктивные и водоносныепласты при сравнительно малой минерализации пластовых вод (20-30 г/л). Прибольшой минерализации вод решение этой задачи возможно даже по результатам приодном значении времени задержки. При прочих равных условиях водоносные пластыотмечаются гораздо меньшими показаниями ИННК при больших временах задержки посравнению с нефтеносными пластами.
Список литературы
1.Итенбер С.С., Дахкильгов Т.Д. Геофизичеккие исследования в скважинах. М. Недра,1982
2.ДьяковД.И., Леонтьев Б.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследованийскважин. М., Недра,1984
3.Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. М. Недра,1973.