Импульсные нейтронные методы

    Содержание

   

     1. ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...1

   2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНЫХ НЕЙТРОННЫХ МЕТОДОВ……………………………………………………………………………..2

 3. ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ПО ТЕПЛОВЫМ НЕЙТРОНАМ………………………………………………………………………..3

 4.  АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИННМ-Т……………….5

 5. ОБЛОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИННМ-Т И РЕШАЕМЫЕ ИМ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ………………………………………………………………………………..8

   6.ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ В ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ……………………………………………………………………10

  

  7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕКУЩЕЙ НЕФТЕГАЗОНАСЫЩЕННОСТИ КОЛЛЕКТОРОВ В ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИНАХ НА ОСНОВЕ ИНК………………………………………………………………………………..15

  8.МЕТОДИКА ЭТАЛОНИРОВОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ………………………………………………………………………15

    9.МЕТОДИКА СКВАЖИННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ……………………………………………………………………….17 

 10.КОМПЛЕКСНАЯ ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ…………………………………………………………………………18

   

    11.ТЕРМОСТОЙКАЯ АППАРАТУРА ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА АИНК43-120/ЗЦ И ПЕРВЫЙ ОПЫТ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ………………..30 

12.АППАРАТУРА ИНМ…………………………………………………………...32 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………….33 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….35 
 
 
 
 

    1.Введение

    Нейтронными методами исследования разрезов скважин  с использованием стационарных ампульных источников нейтронов, когда горная порода непрерывно облучается потоком быстрых нейтронов, изучается постоянный во времени процесс взаимодействия нейтронов с породой, результаты которого фиксируются или по плотности надтепловых нейтронов ННМ-НТ, или по плотности тепловых нейтронов ННМ-Т, или по интенсивности гамма-излучения радиационного захвата НГМ. При этом теряется информация о поведении нейтронов или гамма-квантов во времени и, таким образом, затрудняется или почти полностью исключается возможность раздельного изучения отдельных процессов взаимодействия исследуемых частиц с горной породой. Это снижает общую информативность этих методов. От указанного недостатка свободны методы, основанные на переменном  (импульсном)  нейтронном поле. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНЫХ НЕЙТРОННЫХ МЕТОДОВ

    При импульсных нейтронных методах исследования скважин горная порода облучается кратковременными потоками быстрых нейтронов длительностью , следующими один за другим через определенные промежутки времени (рис. 116). Через некоторое время ₃ (время задержки) после окончания генерируемого нейтронного импульса в течение времени (временное окно) производится измерение плотности нейтронов или продуктов их взаимодействия с горной породой. Последовательно   изменяя ₃ при постоянном  , можно получить зависимость плотности нейтронов от интенсивности радиационного гамма-излучения от ₃.

  Таким образом, при помощи импульсных нейтронных методов можно изучить: 1) зависимость плотности нейтронов n или интенсивности вторичного гамма-излучения I_n от времени t, измеряя n_т и I_n в различное время t (задержка) после окончания импульса нейтронов; 2) закономерности взаимодействия нейтронов с веществом в фиксированный момент времени t, регистрируя элементарные частицы в течение промежутка t.

    Таким образом, исследуется не только пространственно-энергетическое, но и временное распределение нейтронов в скважине, пересекающей исследуемый пласт, после окончания импульса быстрых нейтронов. Интерпретируя такого рода зависимости интенсивности исследуемых частиц от времени по соответствующим методикам, можно получить нейтронные характеристики пород по разрезу скважины. 

    

    Рис. 116. Схема, поясняющая принцип измерений импульсными методами 

    При переменном нейтронном поле процессы замедления и диффузии нейтронов происходят, грубо говоря, последовательно и могут быть исследованы раздельно, в зависимости от времени задержки, прошедшего с момента испускания нейтронов источником.

    Время замедления быстрых нейтронов (10—10² мкс) характеризует водородосодержание горных пород. Время диффузии тепловых нейтронов (10²—10⁴ мкс) определяется водородосодержанием и наличием в среде ядер с большим сечением захвата тепловых нейтронов (в частности, содержанием хлора в пластовой жидкости).

    В силу большого различия во временах замедления быстрых нейтронов и диффузии тепловых нейтронов с увеличением времени задержки регистрируемая плотность тепловых нейтронов однозначно определяется только поглощающими нейтронными свойствами среды. При малых временах задержки плотность тепловых нейтронов определяется замедляющими нейтронными свойствами  среды.

    В зависимости от того, какие ядерные  реакции взаимодействия нейтронов с горной породой используются, какие при этом элементарные частицы регистрируются и при каких временных задержках исследуются импульсные нейтронные поля, различают: импульсный нейтрон-нейтронный метод по надтепловым нейтронам (ИННМ-НТ), импульсный нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам (ИННМ-Т), импульсный нейтронный гамма-метод радиационного захвата (ИНГМ), спектрометрический импульсный нейтронный гамма-метод радиационного захвата    (ИНГМ-С),    импульсный    нейтронный    гамма-метод неупругого рассеяния нейтронов  (ИНГМР), импульсный нейт- ронный гамма-метод наведенной активности  (ИНГМ-НА), импульсный нейтрон-нейтронный метод резонансного поглощения тепловых нейтронов   (ИННПМ-Т).    Импульсный нейтрон-нейтронный метод по надтепловым нейтронам в практике геологоразведочных работ не нашел применения. 
 

3. ИМПУЛЬСНЫЙ НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫЙ МЕТОД ПО ТЕПЛОВЫМ НЕЙТРОНАМ

    Наиболее  широко применяется импульсный нейтрон-нейтронный метод, при котором регистрируется плотность тепловых нейтронов.

    Пространственно-временное  распределение плотности тепловых нейтронов от импульсного источника быстрых нейтронов определяется нейтронными параметрами исследуемой среды, зависящими как от коэффициента диффузии горных пород D и среднего времени жизни тепловых нейтронов , так и от длины замедления L_з, характеризующей их замедляющие свойства. Таким образом, данные импульсного нейтрон-нейтронного метода несут в себе информацию о водородосодержании пород—через коэффициент диффузии и длину замедления, о содержании в породах элементов с повышенными сечениями захвата - через среднее время жизни тепловых нейтронов.

    Величина  коэффициента диффузии различных пород  варьирует в относительно небольших пределах (0,4*10^-5 – 3*10^-5см²/с), зависит главным образом от водородосодержания и не зависит от минерализации пластовых вод.

    Среднее время жизни тепловых нейтронов  горных пород определяется их поглощающими свойствами и изменяется в значительно больших пределах (4,6—1065 мкс), чем коэффициент  диффузии.

    В общем случае двух сред с разным водородосодержанием (D₁ D₂) и с разными поглощающими свойствами, т. е среднее время жизни тепловых нейтронов первой среды не равно второй среды на заданном расстоянии от источника, отношение плотностей тепловых нейтронов этих сред

    

    

 

    (116) 

    Величина  n₁/n₂ в большей степени зависит от поглощающих свойств горных пород, чем от замедляющих, что и находит свое отражение при использовании ИННМ-Т для изучения разрезов скважин. Основной замеряемой величиной в ИННМ-Т является среднее время жизни тепловых нейтронов. Из формулы (116) следует, что, изменяя время задержки, можно получить сколь угодно различающиеся значения плотности нейтронов (рис 117) против нефтеносного и водоносного пластов. В этом одно из основных преимуществ импульсного нейтрон-нейтронного метода.

Рис. 117. Определение ВНК в песчаном коллекторе по диаграммам ИННМ-Т и ННМ-Т с разными задержками.

1 - нефтеносный   песчаник;   2 - водоносный   песчаник.   Штриховые    кривые - контрольные замеры

  Радиус  зоны исследования ИННМ-Т определяется водородосодержанием среды и временем задержки: .

  С повышением водородосодержания среды  уменьшается коэффициент диффузии тепловых нейтронов и, следовательно, радиус исследования. С увеличением времени задержки непрерывно возрастает глубинность ИННМ-Т, но падает скорость счета импульсов, что приводит к большим статистическим погрешностям измерений.

  Благодаря большой энергии нейтронов, испускаемых  скважинным генератором нейтронов (до 14 МэВ), при соответствующем выборе времени задержки (1000—1200 мкс) радиус исследования ИННМ-Т (60—80 см) намного превышает глубинность нейтронных методов с ампульными нейтронными источниками. В этом существенное преимущество ИННМ-Т.

  Размер  зонда оказывает влияние на расчленяющую способность ИННМ-Т против маломощных пластов и точность определения среднего времени жизни тепловых нейтронов. Длина зонда равна расстоянию от мишени генератора нейтронов до середины индикатора. Точка записи условно относится к мишени прибора. При работе в нефтяных скважинах используется зонд длиной =30 см, в газовых скважинах - зонд с = 50 см.

    Влияние на величину плотности тепловых нейтронов  в ИННМ-Т положения прибора в скважине относительно ее оси, обсадной стальной колонны и цементного кольца, зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости и других факторов подчинено примерно тем же законам, что и в стандартной модификации ННМ-Т. Однако при достаточно больших временах задержки на характере временного распределения плотности тепловых нейтронов скважинные условия почти не сказываются.

    4. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИННМ-Т

    Наиболее  современной аппаратурой импульсных нейтронных методов исследования нефтяных и газовых скважин является импульсный генератор нейтронов ИГН-4, состоящий из скважинного прибора / и наземной аппаратуры, включающей панель управления // и блок пересчета /// (рис. 118). Скважинный прибор состоит из блока генератора нейтронов и электронного блока. Блок генератора нейтронов представляет собой герметизированный контейнер с ускорительной трубкой 2 и высоковольтным трансформатором 1, заполненный изоляционной кремнийорганической жидкостью. В электронном блоке для регистрации тепловых нейтронов размещены восемь параллельно включенных пропорциональных счетчиков 3, заполненных трехфтористым бором, импульсы которых после усилителя 4, формирователя 5 и смесителя 7 вместе с маркерными импульсами по трехжильному геофизическому кабелю поступают на панель управления //. Блок 6 служит для управления ускорительной  трубкой  УГК-1.

    В селекторе 9 панели управления // производится разделение счетных и маркерных импульсов.  

    

    

 
 

 
 
 
 
 
 
 
Рис.   119.     Принципиальная     схема генератора               нейтронов 

Рис. 118. Блок-схема аппаратуры импульсных нейтронных методов ИГН-4 

    Счетные импульсы поступают в канал интегрального счета 10 и на выходы четырех дифференциальных каналов 11-14. Маркерные импульсы, отмечающие начало каждого нейтронного импульса, служат для запуска схем «задержки» и временного «окна» каждого дифференциального канала. Выходные импульсы каналов, преобразованные с помощью интенсиметров в постоянный ток, записываются в виде геофизических диаграмм фоторегистраторами серийных геофизических станций. В панели управления размещаются также устройства управления работой скважинного прибора.

    Счет  импульсов в каналах панели управления производится с помощью пятиканального блока пересчета ///, содержащего транзисторные пересчетные декады и электромеханические счетчики.

    Работа  скважинного прибора контролируется осциллографом VI геофизической станции, на экране которого можно наблюдать счетные и маркерные импульсы.

    Питание аппаратуры осуществляется от унифицированного выпрямителя УВК-2 {IV) и унифицированного генератора УГ-1 (V) через фильтр 8.