Основным назначением стационарных нейтронных методов в нефтегазовых скважинах является

Обновлено: 07.07.2024

Нейтронные методы каротажа

Физические основы метода. Не обладая электрическим зарядом, нейтроны не испытывают действия зарядов электронов и ядер, поэтому характеризуются большой проникающей способностью. Взаимодействуют, в основном с ядрами атомов. В ядерной геофизике используются, в подавляющем большинстве, тепловые и надтепловые нейтроны с энергией до 100 эв. Для таких нейтронов характерны реакции: поглощения (радиационный захват нейтронов) и рассеяния (упругое и неупругое).

Потеря энергии нейтрона при упругом рассеянии зависит от массы ядра-мишени М и угла рассеяния нейтрона. Энергия нейтрона до Е₀ и после соударения Е с покоящимся ядром:

Отсюда следует, что наибольшая потеря энергии нейтрона наблюдается при соударении с ядром-мишенью с М=1, т.е. с ядром водорода. При лобовом соударении с водородом возможна полная потеря энергии нейтрона. Для сравнения: потеря энергии нейтрона при соударении с ядром кислорода составляет 11%; при соударении с ядром кремния – 6%. Благодаря высокому сечению рассеяния и большой потере энергии нейтрона, водород является аномальным замедлителем нейтронов.

В теории чаще употребляется среднелогарифмическая потеря энергии на одно соударение, так называемый параметр замедления

где t_a – время активации.

После активации, т.е. после остановки потока нейтронов и их захвата, начинается распад радиоактивного изотопа, образованного во время активации (процесс остывания). Активность изотопа I_t в момент времени t (t – время остывания):

Максимальная наведенная активность будет в конце времени активации (t = 0), при условии, что время активации значительно больше периода полураспада активируемого изотопа (t_a >> T):

Рис.1. Схема активации стабильного изотопа золота тепловыми нейтронами.

Рис.2. Схема активации редкоземельного стабильного изотопа гафния тепловыми нейтронами.

Длина замедления нейтронов

где r 2 – среднее значение квадрата расстояния между источником быстрых нейтронов и точкой замедления до тепловой энергии.

Среднее время жизни тепловых нейтронов в среде

Полный пробег нейтрона в среде будет рассчитываться по формуле:

Рис.3. Длина замедления нейтронов для вмещающих пород в зависимости от влажности пород при энергии нейтронов 1,5 эВ.

Длина замедления существенно зависит от начальной энергии нейтронов, для всех горных пород эта зависимость одинакова: длина замедления растет с увеличением энергии Е_о.

Рис.4. Зависимость длины замедления нейтронов различной энергии от коэффициента пористости пород (поры заполнены водой).

Источники нейтронов. Возможности нейтронных методов во многом определяются типом источников нейтронов, т.к. интенсивность наведенного излучения прямо пропорционально плотности потока нейтронов Ф при активации. Существует три типа источников нейтронов.

1. Радиоизотопные источники. Описание их и принцип действия приведены выше, в разделе «Источники ядерных излучений». С изотопными источниками не удается получить плотности потока нейтронов выше 10 6 нейтрон/см 2 _*сек. Этой плотности потока недостаточно для проведения многоэлементного НАМ.

Рис.5. Схема взаимодействия нейтронов с веществом и ядерных реакций, используемых в нейтронных методах каротажа.

Типичными приложениями ННК являются определения влажности горных пород и содержания в них элементов с аномально большими сечениями поглощения нейтронов. Определение влажности W, которая непосредственно связана с пористостью, позволяет с помощью ННК дифференцировать осадочные горные породы по литологическим признакам, оценивать прочностные качества пород и, что особенно важно, изучать свойства пластов как коллекторов нефти и газа. Остановимся лишь на основных положениях, которые позволяют выяснить принципы выбора зондов и методики нейтронных методов.

Изменение показаний ННК с увеличением влажности связано с различным геометрическим расположением облака замедлившихся нейтронов относительно детектора. При малой влажности в связи с небольшим содержанием в горной породе водорода, служащего наиболее эффективным рассеивателем нейтронов, средняя длина пробега их в среде велика, и нейтронное облако формируется на значительном удалении от детектора, которого достигает лишь небольшое число нейтронов. С увеличением водородосодержания, благодаря уменьшению длины пробега L, нейтронное облако постепенно приближается к детектору, чем и вызвано появление максимума на кривой I_ННК(W). При большой влажности облако нейтронов снова удаляется от детектора, теперь приближаясь к источнику, и показания ННК уменьшаются.

Инверсия зависимости данных ННК от влажности характерна как для надтепловых, так и для тепловых нейтронов, поскольку их плотности в среде взаимосвязаны. На плотность тепловых нейтронов сильнее влияют вещественный состав пород и минерализация пластовых вод, в особенности содержание хлора, который имеет большое сечение захвата тепловых нейтронов. Однако чувствительность ННК-Т выше, чем ННК-НТ. Поэтому определения влажности и пористости пластов с пресной водой ведут по ННК-Т, а пластов с минерализованной водой — по ННК-НТ. Для перехода от ННК-Т к ННК-НТ достаточно окружить детектор кадмиевым экраном, который полностью поглощает тепловые нейтроны. Надтепловые же нейтроны замедляются в этом экране до тепловых и регистрируются детектором.

Для уменьшения влияния заполнения скважины и увеличения радиуса исследования ННК-Т и ННК-НТ, определения влажности ведут с заинверсионными зондами, поэтому пористые водонасыщенные пласты на каротажных диаграммах отмечаются минимумами. Плотность тепловых и надтепловых нейтронов в процессе измерений с заинверсионными зондами при увеличении влажности убывает приблизительно по экспоненциальному закону.

Рассмотрим применение нейтрон-нейтронного каротажа для определения элементов с большим сечением поглощения нейтронов. В данном случае для уменьшения влияния водородосодержания выгодно применять инверсионные зонды. Поскольку влияние влажности при этом исключается в небольших пределах и на форме кривых I_ННК (W) сказывается конструкция зонда, длина инверсионного зонда выбирается экспериментально, с учетом реальных изменений влажности пород.

Рис.6. Определение бора с помощью ННК

1 - выход керна; 2 - содержание В по данным химических анализов керна. Диаграммы: 3 - НГК; 4, 5 - ННК-НТ (4 - с фильтром из Ag, 5 - со сложным фильтром из Cd, Rh, In, Ag, Та, Tm). Породы и минералы: 6 - кварц; 7 – геденбергит; 8 - кальцит; 9 - датолит; 10 - гранат; 11- волластонит

Из рис.6 видно, что диаграммы ННК-НТ с резонансными фильтрами значительно лучше дифференцируют бороносные породы, чем кривая ННК, показания которого определяются главным образом плотностью тепловых нейтронов. Выделяя резонансные нейтроны, удавалось определять содержания бора до

Сера.На месторождениях серы НГК-С является одним из немногих методов непосредственного выделения серных руд. Рассматриваемые на рис.7 результаты получены на месторождении карбонатного типа, на котором серное оруденение приурочено к известнякам, мергелям и доломитам, контактирующим с гипсами и ангидритами или переслаивающимся с ними. Основой методики НГК-С на этом месторождении послужила наблюдаемая здесь обратная корреляция между содержаниями серы и кальция: с увеличением содержания серы количество кальция в породах уменьшается, и наоборот.

Рис.7. Применение НГК-С для выделения серных руд.

Содержания серы по: 6 - данным химических анализов керна; 7 - НГК-С (R = 20 см); 8 - НГК-С (R = 35 см); 9 - спектральному отношению.

Колонки скважины по: 10 - керну: 11 - каротажу. Породы: 12 – глнна мергелистая; 13 - известняк; 14 - известняк осерненный.

Ртуть.На месторождениях ртути НГК-С испытывался совместно с методом рентгенорадиометрического каротажа (РРК).

Рис.8. Применение НГК-С для выделения ртутного оруденения.

Предел обнаружения ртути по методике спектрального отношения НГК-С составил 0,06—0,08 % Hg, что удовлетворяет требованиям выделения промышленных ртутных руд. Чувствительности РРК с источником 75 Se (0,3—0,4 % Hg) оказалось недостаточно. Диаграммы НГК-С и РРК на ртутном месторождении приведены на рис.8.

В связи с трудностью решения ряда аппаратурных и методических вопросов АГК, несмотря на принципиальную универсальность, применяется пока для определения ограниченного круга элементов. Среди них нужно указать фосфор, фтор, хлор, алюминий, кремний, марганец, медь, кальций.

Фосфориты. Применение АГК на фосфоритовом месторождении Малого Каратау показано на рис.9. Между фосфором и фтором в данном случае имелась тесная корреляционная связь, поэтому АГК на фтор позволил выделять в разрезах скважин все породы фосфоритовой серии и по фтору косвенно оценивать содержания фосфора. Рассматриваемый пример интересен и тем, что активационный каротаж позволил определять в рудах также кремний, алюминий и кальций, т. е. практически все основные компоненты, которые учитываются при оценке качества фосфоритовых руд.

Рис.9. Применение АГК на месторождении фосфорита. Содержания: 1- Р₂О₅; 3 - SiO₂; 5 - А1₂О₃; 7 - СаО. Диаграммы: 2 - АГК(F) по 16 N; 4 - АГК по 28 Аl, Ро-Ве-источник; 6 - то же, Ро-В-источник; 8 - АГК по 49 Са. Породы: 9 - доломит; 10 - фосфорит; 11- фосфато-кремнистый сланец; 12 - кремнистая порода.

Интенсивности I₁ с Ро-Be и I₂ с Ро-В источниками определяются соотношениями

Решая систему уравнений (12), получим формулу для определения отношения Si/Al, обратного так называемому кремневому модулю М:

10 7 нейтр./с составили 0,2 - 0,5% А1₂О₃ и 4 - 6 % SiO₂.

Задача количественных определений кальция сводилась к решению уравнения I(t)= I_Ca(t) + I_ф, где I_ф— фон естественной радиоактивности и наведенной активности долгоживущих изотопов. Содержание кальция определялось по формуле I ср _Ca = kq_Ca, где I ср _Ca - среднее значение наведенной активности 49 Са по пласту, приведенное к началу измерений, а k — коэффициент пропорциональности, который находился по измерениям в опорных скважинах.

Бокситы.На месторождениях высококачественного глиноземного сырья, бокситов, методика определения алюминия с помощью АГК упрощается. Благодаря сравнительно небольшим содержаниям Si в бокситах вклад «кремневой» составляющей в наведенную активность 28 А1 невелик, и для определения алюминия достаточно измерений с одним источником.

Задача определения меди при исключении влияния 56 Мn с помощью «временной селекции» сводится к учету влияния 24 Na с близким к 64 Сu периодом полураспада (

Время анализа по б4 Си можно значительно уменьшить, если учитывать влияние марганца чисто расчетным путем, пользуясь измерениями дополнительной спектральной интенсивности в области

40 мин, поскольку в данном случае она необходима лишь для уменьшения вклада короткоживущей составляющей. Суммарное время анализа по ускоренной методике не превышает 1,5 -2 ч.

Рис.10. Нейтронно-активационные определения меди.

1 - диаграмма ГГК-С. Содержания меди по: 2 - данным геологического опробования;

3 - АГК. Породы и руды:4, 5 - сплошной колчедан (4 - цинковый, 5 - медно-цинко-

вый); 6 - медистый вкрапленник; 7 - вкрапленная цинковая руда; 8 - серицито-кварцевая порода с вкрапленностью сульфидов.

Полное время анализа на точке по 66 Сu составляет 10 - 30 мин. Пример результатов АГК по короткоживущему изотопу дан на рис.10. Можно отметить хорошую их сходимость с химическими анализами керна.

Нейтрон-нейтронный каротаж скважин (ННК)

Нейтрон-нейтронный каротаж (neutron-porosity logging)– одна из распространенных разновидностей нейтронного каротажа скважин, в основе которого лежит облучение изучаемых в скважине отложений потоком нейтронов.

Буквы «Н Н» в названии каротажа ННК обозначают, что как источник облучения, так и регистрируемые частицы являются Нейтроны. Существует две модификации метода нейтрон-нейтронного каротажа– ННК-Т (каротаж по тепловым нейтронам) и ННК-НТ (каротаж по надтепловым нейтронам).

Каротаж ННК-Т

В методе нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам измеряется плотность потока тепловых (или другими словами «медленных») нейтронов. На изменение плотности потока нейтронов с тепловой энергией в свою очередь влияют поглощающие и замедляющие свойства геосреды (в основном это водородосодержание и содержание хлора), также наблюдается зависимость показаний от минерализации бурового раствора и пластовой воды. Таким образом по своей сути метод ННКт схож с каротажем НГК.

Каротаж ННК-НТ

В другой разновидности ННК – методе ННК-НТ измеряется плотность потока над-тепловых нейтронов (нейтронов с энергией, значения которой выше тепловой). Принципиальное отличие от ННКт здесь в том, что на плотность потока надтепловых нейтронов в основном влияют замедляющие свойства геосреды, и соответственно данная плотность в основном зависит от водородосодержания. Оценка водородосодержания в свою очередь позволяет переходить к оценке пористости, выделению коллекторов. Таким образом, плотные породы с низкой пористостью будут характеризоваться повышенными значениями ННКнт.

Метод нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) по надтепловым нейтронам

Принципиальное конструктивное отличие ННКнт – наличие кадмиевого фильтра для детектора нейтронов. Данный фильтр позволяет отсечь проходящий сквозь него поток тепловых нейтронов, и при этом позволяет пропустить к детектору поток надтепл. нейтронов. Наглядно физика данного процесса представлена на нижеприведённом изображении:

Данными методами каротажа можно проводить измерения как в открытом, так и в закрытом стволе.

Рассматривая каротажные кривые ННКт и ННКнт, записанные вместе можно определять положение ВНК для пористых пластов, т.к. данные методы по-разному реагируют на содержание хлора (минерализация пластовой воды).

Глубинность для метода ННК составляет около 0.2 м

Гамма-каротаж (или каротаж ГК, gamma ray - GR) – это метод ГИС, позволяющий определять естественную…

Нейтронные методы исследования скважин

Сущность нейтронного гамма-метода. Интенсивность гамма-излучения радиационного захвата. Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам. Анализ применения импульсного нейронного каротажа в обсаженных скважинах для литологического расчленения разрезов.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	30.03.2017
Размер файла	208,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Нейтронные методы исследования скважин

Нейтронные методы основаны на облучении пород нейтронами от стационарного ампульного источника и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов и гамма-квантов, образующихся в результате ядерных реакций рассеяния и захвата нейтронов. Измеряемая величина - скорость счета в импульсах в минуту (имп/мин); расчетная величина - водородосодержание пород в стандартных условиях в процентах.

В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам - ННК-НТ; нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т; нейтронный гамма-каротаж - НГК. Первые два вида исследований выполняют, как правило, с помощью компенсированных измерительных зондов, содержащих два детектора нейтронов (рисунок 1); НГК - однозондовыми или двухзондовыми приборами, содержащими источник нейтронов и один или два детектора гамма-излучения (рисунок 1).

Нейтронный гамма-метод. Сущность нейтронного гамма-метода (НГМ) состоит в исследовании интенсивности искусственного гамма-поля, образовавшегося в результате поглощения (радиационного захвата) тепловых нейтронов породообразующими элементами.

Интенсивность гамма-излучения радиационного захвата зависит в основном от числа тепловых нейтронов, поглощаемых единицей объема горной породы, и длины зонда. Число нейтронов, поглощаемых единицей объема породы, пропорционально плотности тепловых нейтронов, которая зависит от замедляющих и поглощающих свойств горной породы. Замедляющие свойства среды зависят от водородосодержания, а поглощающие свойства - от водородосодержания и содержания элементов с высоким сечением захвата тепловых нейтронов в окружающей среде (хлора, бора, железа, марганца и др.).

Радиус (глубинность) исследования НГМ составляет 30 - 40 см, уменьшаясь с повышением объемного водородосодержания горных пород и содержания в них элементов с аномально высоким сечением радиационного захвата тепловых нейтронов. Таким образом, глубинность НГМ по разрезу скважины есть величина переменная. Она больше в низкопористых чистых песчаниках, плотных карбонатных, газоносных пластах, меньше в высокопористых породах, насыщенных нефтью или водой, глинах и гипсах.

Рисунок 1. Схемы приборов НГК и НН-К

Радиоактивный каротаж основан на измерении характеристик поля у-излучения, возникающего под действием внешнего источника нейтронов. Общая величина у-излучения, регистрируемая при НГК, слагается из трех компонентов:

1) интенсивности г-излучения J_нгк, возникающего в результате радиационного захвата ядрами породы;

2) г -излучения J_ггк источника нейтронов, которое воздействует на индикатор или вследствие облучения стенок скважины г-лучами, часть которых рассеивается породой в направлении индикатора;

3) естественного гамма-излучения J_гк, обусловленного естественной радиоактивностью породы.

При исследованиях зондами, длина которых L₃ и более 40 см, плотность нейтронов в среде с большим водородосодержанием в зоне размещения индикатора мала, поскольку в такой среде нейтроны замедляются и поглощаются в основном вблизи источника. В результате породы с высоким водородосодержанием отмечаются на диаграммах НГК низкими показаниями. нейронный гамма каротаж скважина

В малопористых породах с низким водородосодержанием плотность нейтронов вблизи индикатора увеличивается, что вызывает повышение интенсивности показаний НГК. По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы - большого и малого водородосодержания. К первой группе относятся: глины, характеризующиеся высокой влагоемкостью (пористостью) и содержащие значительное количество минералов с химически связанной водой (водные алюмосиликаты); гипсы, отличающиеся малой пористостью, а также некоторые очень пористые и проницаемые песчаники и карбонатные породы.

При измерениях большими зондами (L₃ > 40 см) на диаграммах эти породы отмечаются низкими показаниями. Во вторую группу пород входят: плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, на диаграммах нейтронного гамма-каротажа эти породы выделяются высокими показаниями. Против других осадочных пород (песков, песчаников, пористых карбонатов) показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода (насыщенности водой, нефтью и газом).

Нефть и вода содержат почти одинаковое количество водорода, поэтому нефтеносные и водоносные пласты с малым содержанием хлора отмечаются одинаковыми значениями НГК. Газоносные пласты в скважине отмечаются на кривой НГК более высокими показаниями, чем такие же по литологии и пористости нефтенасыщенные пласты.

Нейтрон-нейтронный каротаж.Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам основан на облучении горных пород быстрыми нейтронами от ампульного источника и регистрации нейтронов по разрезу скважины, которые в результате взаимодействия с породообразующими элементами замедлились до тепловой энергии.

Нейтронный каротаж применяют в необсаженных и обсаженных скважинах с целью литологического расчленения разрезов, определения емкостных параметров пород (объемов минеральных компонент скелета и порового пространства), выделения газожидкостного и водонефтяного контактов, определения коэффициентов газонасыщенности в прискважинной части коллектора. Областями эффективного применения НК при определении пористости и литологическом расчленении разреза являются:

-для ННК-НТ - породы с любым водородосодержанием, любыми минерализациями пластовых вод Спл и промывочной жидкости Спж (в том числе с любой контрастностью Спл и Спж в зоне исследования метода), при невысокой кавернозности ствола скважины;

-для ННК-Т - породы с любым водородосодержанием, невысокими Спл и Спж (меньше 50-70 г/л NaCl) и слабой контрастностью Спл и Спж;

Областями эффективного применения НК при выделении газоносных пластов, газожидкостного контакта, определении коэффициента газонасыщенности являются:

-для ННК-НТ - породы с любым водородосодержанием при диаметре скважины, не превышающем 200 мм;

-для ННК-Т - породы с водородосодержанием более 10% при диаметре скважины, не превышающем 250 мм;

-для НГК - породы с водородосодержанием менее 20%.

Измерительный зонд НК содержит ампульный источник нейтронов и один или два (и более) детектора нейтронов (надтепловых или тепловых) или гамма-излучения. Точка записи - середина расстояния между источником и детектором для однозондовых приборов и середина между двумя детекторами для компенсированных (двухзондовых) приборов.

Модуль НК комплексируется с другими модулями без ограничений.

Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам дает сведения об эквивалентном водосодержании пород, относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в открытом стволе, перед спуском каждой технической или эксплуатационной колонны, по всему разрезу. Нейтрон-нейтронный каротаж в комплексе методов общих исследований применяется при решении следующих задач:

- литостратиграфическое расчленение разрезов с возможностью построения детальной литостратиграфической колонки;

- локальная и региональная корреляция по литологии физическим и фильтрационно-емкостным свойствам пород по всему исследованному разрезу с установлением однородных и неоднородных по строению и свойствам пород интервалов разреза;

- предварительное выделение проницаемых пластов и покрышек (установление их толщин, строения по однородности);

- предварительное выделение нефтегазонасыщенных пластов и оценка характера насыщения коллекторов;

- предварительное выделение контактов пластовых флюидов (ВНК, ГВК, ГНК) в однородных коллекторах и прогноз фазового состояния углеводородов в пластовых условиях;

- контроль технического состояния ствола скважины (в открытом стволе и в колонне);

- совместно с ГК выделение карбонатных пород, углей, зон интенсивной углефикации;

- предварительное определение пористости гранулярных коллекторов;

- предварительное выделение газонасыщенных участков (совместно с АК) в пластах с незначительным проникновением и высокими фильтрационно-емкостными свойствами.

Быстрые нейтроны в процессе неупругих столкновений порождают жесткое гамма-излучение, измерение спектра которого позволяет обнаружить присутствие многих элементов в породе, в том числе углерода, кремния и т. д. На диаграммах нейтронного каротажа по тепловым нейтронам водородосодержащие пласты выделяются, так же как и на кривых НГК, низкими значениями, малопористые пласты - более высокими значениями. Однако на показания ННК-Т влияние оказывают элементы, обладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов, поэтому ННК-Т весьма чувствителен к содержанию хлора и получаемые результаты сильно зависят от минерализации промывочной жидкости и пластовой воды.

Показания ННК-Н практически не зависят от содержания в окружающей среде элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе хлора. Они определяются, главным образом, замедляющими свойствами среды - водородосодержанием. Следовательно, показания ННК-Н более тесно связаны с содержанием водорода в породе, чем показания НГК и ННК-Т. Методы ННК-Т и ННК-Н имеют преимущество перед НГК в том, что их показания свободны от влияния естественного у-излучения и у-излучения источников нейтронов. Длина зондов при ННК-Т и ННК-Н выбирается равной 0,4-0,5 м.

Импульсный нейтронный каротаж. Импульсный нейтронный каротаж (ИНК) в интегральной модификации основан на облучении скважины и породы быстрыми нейтронами от импульсного источника и измерении распределения во времени интегральной плотности тепловых нейтронов или гамма-квантов, образующихся в результате ядерных реакций рассеяния и захвата нейтронов. В зависимости от регистрируемого излучения различают: импульсный нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ИННК) и импульсный нейтронный гамма-каротаж (ИНГК).

Импульсный нейтронный каротаж применяют в обсаженных скважинах для литологического расчленения разрезов и выделения коллекторов, выявления водо - и нефтегазонасыщенных пластов, определения положений водонефтяного контакта на месторождениях нефти с минерализованными (более 20 г/л) пластовыми водами, определения газожидкостных контактов, оценки пористости пород, количественной оценки начальной, текущей и остаточной нефтенасыщенности, контролем за процессом испытания и освоения скважин.

Измерительный зонд ИНК содержит излучатель быстрых (14 МэВ) нейтронов, один или два детектора тепловых нейтронов или гамма-излучения. Точка записи - середина расстояния между излучателем и детектором, для двухзондовых приборов - середина расстояния между детекторами.Модуль ИНК обычно комплексируют с модулями ГК и ЛМ.

Рекомендуемая скорость каротажа в терригенном разрезе - до 250 м/ч, в карбонатном - до 450 м/ч.

Метод ядерно-магнитного резонанса (ядерно-магнитный каротаж ЯМК) изучает реакцию ядер на внешнее воздействие магнитным полем. Так как многие ядра обладают магнитным моментом и вращаются, то они могут взаимодействовать с внешними магнитными полями. В методе ЯМК измерение направлено на определение амплитуды сигнала и особенно - его затухания.

Ядерно-магнитный резонанс связан с физическим принципом, заключающимся в реакции ядер на магнитное поле. Многие из ядер обладают магнитным моментом, т. е. они ведут себя как вращающиеся стержневые магниты. Эти вращающиеся магнитные ядра могут взаимодействовать с внешними по отношению к ним магнитными полями и генерировать поддающиеся измерению сигналы (рисунок 2).

Для большинства элементов обнаруживаемые сигналы слабы, однако, водород обладает сравнительно большим магнитным моментом и присутствует в изобилии и в воде, и углеводородах порового пространства горных пород. Величина амплитуды сигнала при ЯМР пропорциональна числу ядер водорода и калибруется таким образом, чтобы определить значение пористости независимо от литологии и без использования радиоактивных источников.

Наибольший интерес вызывает величина затухания сигнала ЯМР в течение каждого цикла измерений, называемая временем релаксации. Малые величины времени релаксации соответствуют связанной воде в глинах и капиллярах. Крупные поры отождествляются с большими временами релаксации и содержат в себе наиболее легко извлекаемые флюиды. В результате интерпретации времен релаксации и их распределения можно получить такие петрофизические параметры, как проницаемость, динамическая (эффективная) пористость и остаточная водонасыщенность. Метод дает высокое вертикальное разрешение пористости даже в тонко переслаивающихся разрезах, позволяет дифференцировать тип флюида в породе.

К недостаткам ЯМК следует отнести достаточно низкую глубинность измерений, что практически не позволяет использовать его в обсаженных скважинах.

Рисунок 2. Прецессирующие протоны

Подобные документы

Теоретические основы индукционного каротажа

Принципиальная схема измерений индукционного каротажа. Блок-схема зонда ИК без компенсации и с компенсацией первичного поля. Геометрический фактор. Применение фокусирующих катушек. Увеличение уровня сигнала. Прибор индукционного каротажа АИК – 5.

презентация [3,9 M], добавлен 28.10.2013

Разработка транспортной системы установки гамма-активационного анализа

Описание технологического процесса гамма-активационного анализа. Изучение требований к проектируемой системе. Расчёт сметы затрат на проектирование, на оплату труда сотрудников, на социальный налог, на материалы. Оценивания и выражения неопределенности.

дипломная работа [179,3 K], добавлен 09.03.2010

Исследование нефтяных скважин при установившихся режимах фильтрации

Характеристика целей, видов и технологий исследования скважин. Описание приборов и оборудования для данного исследования. Особенности построения индикаторных диаграмм. Методы расчета параметров призабойной зоны и коэффициента продуктивности скважины.

курсовая работа [11,7 M], добавлен 27.02.2010

Реализация импульсного метода в тепловом неразрушающем контроле изделий из композитов

Неразрушающий контроль материалов с использованием источника тепловой стимуляции. Композиты: виды, состав, структура, область применения и преимущества. Применение метода импульсно-фазовой термографии для определения дефектов в образце из углепластика.

курсовая работа [4,2 M], добавлен 15.03.2014

Оптические методы детектирования ядерно-магнитного резонанса

Явление ядерного магнитного резонанса, использование для спектрометрии. Преимущества и недостатки метода. Разработка оптического метода регистрации ЯМР для точного определения спектральных свойств кристаллов. Блок-схема импульсного спектрометра.

дипломная работа [1,5 M], добавлен 16.02.2016

Исследование нагнетательных скважин на месторождении

Характеристика геологического строения Самотлорского месторождения и продуктивных пластов. Гидродинамические исследования водонагнетательных скважин. Свойства нефти, газа и воды в пластовых условиях. Методы контроля за разработкой нефтяных месторождений.

курсовая работа [59,6 K], добавлен 14.11.2013

Деятельность территориально-производственного предприятия "Когалымнефтегаз"

Характеристика Южно-Ягунского месторождения. Эксплуатация фонтанных и газлифтных скважин. Гидродинамические и промыслово-геофизические методы исследования скважин и пластов. Способы воздействия на призабойную зону. Подземный текущий и капитальный ремонт.

Нейтронный каротаж. Методы геофизического исследования скважин

Нейтронный каротаж и его разновидности относятся к радиационным методам геофизических исследований. В зависимости от вида регистрируемого излучения (нейтроны или гамма-фотоны) различают несколько модификаций этой технологии. Скважинное оборудование имеет сходную компоновку. Нейтронный каротаж позволяет определить один из важнейших показателей нефтегазоносоного пласта – коэффициент пористости, а также разделить коллекторы по виду содержащихся в них флюидов.

Методы геофизических исследований

В геофизике используются несколько методов изучения горных пород, которые можно условно разделить на 2 большие группы: электрические (электромагнитные) и неэлектрические. К первой группе относятся следующие способы:

Исследования нефокусированными зондами: o метод кажущегося сопротивления; o микрозондирование; o резистивиметрия; o токовый каротаж.
Способы исследований с фокусированными зондами: o боковой каротаж; o дивергентный каротаж.
Электромагнитные методики: o индукционный каротаж; o волновой электромагнитный каротаж; o скважинный радиоволновой метод.
Способы измерения электрохимической активности: o метод потенциалов самопроизвольной ориентации; o способ электродных потенциалов; o метод вызванных потенциалов.

Ко второй группе относятся следующие технологии:

Сейсмоакустические способы: o акустический каротаж (включая способ на отраженных волнах); o вертикальное скважинное профилирование; o межскважинное акустическое просвечивание; o сейсморазведка.
Ядерно-физические методы.
Термический каротаж.
Магнитные способы исследований: o скважинная магниторазведка; o каротаж магнитной восприимчивости; o ядерно-магнитный каротаж.
Скважинная гравиразведка.
Газовый и механический каротаж.

Радиометрические методы

Ядерно-физические способы исследований включают в себя большую группу технологий:

гамма-каротаж (измерение естественной радиоактивности);
гамма-гамма-метод;
нейтронные способы;
технология меченых атомов;
активационный гамма-метод.

Эти способы являются мощным инструментом для изучения геологических пластов, пересеченных скважиной. Они основаны на измерении параметров ионизирующих излучений, испускаемых ядрами атомов веществ, содержащихся в горной породе. Как и акустический каротаж, радиометрические методы можно разделить на способы, измеряющие естественные и искусственные поля (излучения). В качестве радиоактивных частиц используются те, которые обладают наибольшей проникающей способностью – нейтроны (n) и гамма-кванты.

Сущность нейтронных технологий

Нейтронный каротаж – это один из способов геофизических исследований, в основе которого лежит воздействие потоком быстрых нейтронов. В результате происходит их замедление, рассеивание и поглощение в породе.

Скважинные зонды для проведения нейтронного каротажа содержат в своем составе следующие основные узлы:

радиоактивный источник излучения;
счетчик частиц (n или гамма-квантов);
фильтры, исключающие прямое попадание излучения от источника на детектор.

Нейтронные характеристики пород

Попадая в горные породы, быстрые нейтроны замедляются и теряют энергию из-за взаимодействия с атомами. В таком состоянии они рассеиваются в веществе и захватываются ядрами атомов химических элементов за доли миллисекунд.

Наиболее интенсивным замедлителем является водород. Небольшой путь, который проходит нейтрон до достижения теплового состояния, характерен для пород с высоким водородосодержанием (нефте- и водонасыщенные коллекторы, минералы, в составе которых находится много кристаллизационной воды).

Выделяют следующие нейтронные характеристики пород:

Путь замедления быстрых нейтронов до теплового состояния (в нем энергия частицы приближается к значению средней кинетической энергии теплового движения молекул и атомов породы).
Диффузионная длина (путь от места появления теплового нейтрона до его поглощения).
Время существования частиц в тепловом состоянии.
Показатель рассеяния в породе.
Длина миграции частиц (суммарное расстояние, пройденное в процессе замедления и диффузии).

На практике оценка этих свойств производится при помощи условного коэффициента нейтронной пористости.

Разновидности

Нейтронный каротаж включает несколько видов исследований, различающихся по 2 основным критериям:

Режим работы источника излучения: o стационарные методы; o импульсные способы (применяются в основном после обсадки скважин).
Характер регистрируемого вторичного излучения: o n-нейтронный каротаж (измеряют количество n, рассеянных атомными ядрами веществ породы); o нейтронный гамма-метод (ɣ-излучение, возникающее в результате захвата n); o нейтронный активационный каротаж (ɣ-излучение искусственных радионуклидов, выделяющееся при поглощении n).

Модификация каротажа зависит в основном от типа детектора (гелиевые, сцинтилляционные, полупроводниковые счетчики) и окружающих его фильтров. Стационарные методы входят в комплекс обязательных исследований при проходке разведочных буровых скважин.

Нейтрон-нейтронная методика

Этот способ геофизических исследований основан на первой нейтронной характеристике горных пород и имеет 2 разновидности: регистрация тепловых или надтепловых нейтронов. Энергия последних несколько больше, чем тепловая энергия атомов.

Водород среди всех элементов является аномальным не только в отношении геометрии рассеяния, но и в отношении потери энергии нейтрона при столкновении с ним. Для газовых коллекторов характерны более высокие показания, чем для водо- и нефтенасыщенных, так как удельное содержание водорода в них меньше.

Чем больше пористость нефтегазоносного пласта, тем меньше показания метода надтепловых n. Данные, полученные в ходе нейтрон-нейтронного каротажа, позволяют вычислить коэффициент пористости. Из-за сниженной чувствительности счетчиков надтепловых частиц этот способ обладает меньшей статистической точностью.

Тепловые нейтроны удаляются от радиоактивного источника на более длинный путь, чем надтепловые, а их средняя продолжительность жизни определяется обратно пропорциональной зависимостью по отношению к содержанию хлора, бора и редкоземельных элементов. Хлор присутствует в пластовых водах высокой минерализации. Нефте- и газоносные породы характеризуются большей длительностью существования тепловых частиц. На этом свойстве основан принцип нейтрон-нейтронной методики измерений по тепловым n.

Нейтронный гамма-каротаж

При нейтронном гамма-исследовании измеряют гамма-излучение, которое образуется при захвате тепловых n. Водоносные пласты отличаются большими показаниями, по сравнению с нефтеносными, на 15-20% (при той же пористости). Существенным различием от предыдущих методик является то, что показания этой технологии растут при увеличении минерализации бурового раствора.

Так как при нейтронном-гамма каротаже регистрируется также естественный радиоактивный фон в породах, то для интерпретации полученных результатов вводят поправочные коэффициенты. В нефтяных и газовых скважинах этот метод применяют для тех же целей, что и нейтрон-нейтронную методику – расчленение пород по различному водородосодержанию, определение коэффициента пористости, выявление газожидкостного и водонефтяного контакта в обсаженной скважине. Существуют также комбинированные методики, регистрирующие n и гамма-излучение, что позволяет повысить точность измерений.

Импульсная технология

Импульсный каротаж – это разновидность нейтронных методов исследований, основанная на излучении нейтронов в течение коротких интервалов времени (100-200 микросекунд). Выделяют также 2 модификации этой технологии:

регистрация тепловых n;
измерение ɣ-квантов радиационного захвата.

Регистрируя один из этих параметров по 2 значениям времени, получают среднюю продолжительность жизни тепловых нейтронов в породах пласта. Это позволяет судить о наличии тех или иных химических элементов. Водоносные пласты имеют значительно меньшие показания при больших периодах задержки времени, чем нефте- и газоносные.

Контроль технического состояния добывающих скважин

Если объектом исследования является интервал ствола скважины выше разрабатываемых пластов, геофизические измерения проводят с целью:

выявления мест нарушения герметичности обсадной колонны,
выделения интервала поступления воды к месту нарушения,
выделения интервалов заколонных межпластовых перетоков,
определения высоты подъема и состояния цементного кольца за колонной,
состояния забоя скважины,
положения интервала перфорации,
положения технологического оборудования,
определения уровня жидкости в межтрубном пространстве,
определения мест прихвата труб.

В качестве дополнительных методов используют скважинный акустический телевизор (для определения линейных размеров и формы нарушения обсадной колонны), толщиномер (с целью уточнения компоновки обсадной колонны и степени ее коррозии).

Интервал возможных перетоков жидкости или газа между пластами при герметичной обсадной колонне устанавливают по результатам исследований высокочувствительным термометром, закачкой радиоактивных изотопов и методами нейтронного каротажа для выделения зон вторичного газонакопления.
Контроль за РИР при наращивании цементного кольца за эксплуатационной колонной, кондуктором, креплением слабосцементированных пород в призабойной зоне пласта осуществляют акустическим или гамма-гамма-цементомером по методике сравнительных измерений до и после проведения изоляционных работ.

Для контроля качества цементирования используется серийно выпускаемая аппаратура типа АКЦ.
Для контроля глубины спуска в скважину оборудования (НКТ, гидроперфоратора, различных пакерующих устройств), интервала и толщины отложения парафина, положения статического и динамического уровней жидкостей в колонне, состояния искусственного забоя обязательным является исследование одним из стационарных нейтронных методов (НГК, ННК) или методом рассеянного гамма-излучения (ГГК).

Нейтронный каротаж

Нейтронный каротаж – это метод геофизических исследований, основанный на облучении скважины и пород нейтронами от стационарного ампульного источника и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов и (или) γ-квантов, образующихся в результате ядерных реакций рассеяния и захвата нейтронов.

Измеряемая величина – скорость счета в импульсах в минуту (имп/мин); расчетная величина – водородосодержание пород в процентах.

нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам – ННК-НТ;
нейтронный каротаж по тепловым нейтронам – ННК-Т;
нейтронный гамма-каротаж – НГК.

Нейтронный каротаж скважин

Нейтронный каротаж скважин – понятие, которое включает в себя целый комплекс методов исследования состояния скважин, изучения геологических разрезов и разведки месторождений полезных ископаемых.

В ходе нейтронного каротажа в исследуемую скважину опускается измерительный прибор, содержащий источник быстрых нейронов. В зависимости от конкретной методики исследования источник может обеспечивать как непрерывное, так и импульсное излучение. На определенном удалении от источника устанавливаются регистрирующие датчики-приемники, фиксирующие медленные нейтроны, а также уровень гамма-излучения, возникающего в горной породе под действием потока нейтронов.

В отличие от другой разновидности ядерных методов геофизических исследований, а именно – гамма-каротажа, нейтронный каротаж реализуется только с помощью искусственно создаваемого излучения, поскольку в естественном виде излучения такого типа просто не существует. По этой же причине методы нейтронного каротажа имеют несколько отличную классификацию, в которой выделяются два типа методик: собственно нейтронные и импульсные нейтронные. В первом случае в рамках исследования порода подвергается воздействию непрерывного потока нейронов, во втором – на нее воздействуют краткими вспышками.

В зависимости от типа вещества, через которое проходит поток нейтронов, выделяются три типа их взаимодействия: упругое и неупругое рассеивание, а также радиационный захват.

В качестве классификации также можно выделить следующие типы исследований:

Нейтронный гамма-каротаж. Воздействие на породу – непрерывное, фиксируется ответное гамма-излучение. Метод применяется в основном для литологического расчленения разрезов и установления мощности пластов, позволяет определять нефть, воду (а отчасти и показатель ее минерализации). Показания исследования находятся в зависимости от показателя содержания в анализируемой среде водорода. Недостатком метода является сложность интерпретации результатов, поскольку на них оказывает существенное влияние наличие бурового раствора в скважине, который в сочетании с таким фактором как отличие диаметра ствола на разных показателях глубины (и как следствие – разная толщина создаваемого буровой жидкостью «слоя») и наличие хлора в составе раствора может затруднять определение точных показателей.
Нейтрон-нейтронный каротаж. Воздействие на породу – непрерывное, фиксируется ответный поток тепловых или надтепловых нейтронов. В первом случае данные будут походить на результаты нейтронного гамма-каротажа, во втором – определяется только водородосодержание.
Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж. Воздействие на породу – импульсное, фиксируется сами ответные нейтроны и время их существования. На результат исследования влияет наличие в породе водорода и так называемых поглотителей (к их числу относится, например, хлор). Метод позволяет не только определить состав пласта (вода, нефть или природный газ), но и обнаружить границы между водой и нефтью/нефтью и газом, что недоступно для метода нейтрон-нейтронного каротажа.

Как правило, методы нейтронного каротажа применяются в комплексе с другими методами исследований, поскольку это позволяет установить более точные данные об объекте исследования.

Читайте также: