10.3. Спектрометрический импульсный нейтронный гамма-метод (ингм-с)
Спектры ГИНР регистрируют в процессе излучения импульса нейтронов (так как процесс замедления быстрых нейтронов длится несколько микросекунд). Спектр ГИНР является индивидуальной характеристикой ядра. Например, при неупругом рассеянии нейтрона на ядре углерода образуются гамма-кванты с энергией преимущественно 4,43 Мэв, а на ядре кислорода – 6,13Мэв. По соотношениям в спектрах ГИНР и ГИРЗ наблюдаемых эффектов оn H, Si, Ca, Fe, Cl, S можно определить литологический состав пород, пористость, рассчитать нефтенасыщенность.
Интерпретационными параметрами ИНГМ-С служат макросечение Σa (10-3 см-1) захвата тепловых нейтронов и коэффициент kп (%) водонасыщенной пористости, а также отношения скоростей счета в диапазонах энергетических спектров ГИНР, соответствующих излучениям углерода (С) и кислорода (С/О) и кальция к кремнию (Са/Si). Эти отношения определяются литологией отложений и характером насыщения пород.
Измерительный зонд содержит излучатель быстрых (14 МэВ) нейтронов и один— два детектора гамма-излучения. Длина зонда 0,4-0,6 м, точка записи — середина зонда. Калибровки проводят на трех стандартных образцах, воспроизводящих значения насыщенности пласта. Одним из стандартных образцов является емкость с пресной водой не менее 1,5 м в диаметре и 2м по высоте (для исключения влияния среды за стенам емкости). Рекомендуемая скорость каротажа – 40-50м/ч.
Модификацию ИНГМ-С для определения нефтенасыщенности пород называют С/О-каротажом. Отношение С/О зависит от пористости, литологии, характера насыщения пластов, заполнения скважины, но практически не зависит от минерализации пластовых флюидов, что является достоинством метода.. Для учета влияния вещественного состава пород по спектрам ГИНР и ГИРЗ рассчитываются отношения кальция и кремния (Ca/Si). Интерпретационным параметром метода является разность отношений углерода-кислорода (RC/O) и кальция-кремния (RCa/Si). Кажущееся объемное содержание нефти в породе (Kн,к) определяется с помощью зависимостей вида:
Kн,к = а (RC/O − b RCa/Si ) + c,
где a, b, с – константы. В приборах С/О-каротажа генератор нейтронов производит короткий (длительностью 5-8 мкс) выброс нейтронов каждые 50 мкс. Гамма-лучи, возникающие в породе в результате неупругого рассеивания и захвата нейтронов, регистрируются (с измерением их энергии) системой кристаллический детектор - многоканальный анализатор. Система ведет запись времени прихода гамма-квантов (256 временных каналов) и спектральной энергии гамма-квантов неупругого рассеивания (256 каналов) и захвата (еще 256 каналов).
На рис.10.3 приведены спектры, зарегистрированные аппаратурой АИМС-С (ОАО НПЦ «Тверьгеофизика») в нефте- и водонасыщенных моделях (песчаник пористостью 34%, вода – пресная). На спектрах ГИНР в областях энергий излучения углерода и кислорода выделяются участки, наиболее сильно реагирующие на замещение воды нефтью в поровом пространстве. Спектры ГИРЗ в водо- и нефтенасыщенном песчанике практически одинаковы.
Рис.10.3. Энергетические спектры ГИНР (а) и ГИРЗ (б), зарегистрированные аппаратурой АИМС-С в модели пласта [по данным НПЦ «Тверьгеофизика»].
1-водонасыщенный песчаник; 2-нефтенасыщенный песчаник
По спектрам неупругого рассеивания вычисляется содержание в породе Са, Si, С и О (или отношение С/О), а по спектрам захвата - содержание Са, Cl (отношение Са/Si определяется также и по “неупругим” спектрам). Коэффициент пористости рассчитывают по соотношению спектров захвата и упругого рассеивания. Спектр данных времени прихода гамма-квантов используют для независимого расчета а и пористости. Отношение С/О используют для расчета нефте-водо-насыщения за обсадной колонной.
В отличие от интегральных модификаций ИНГМ, достоверность оценки Кн по данным не зависит от минерализации пластовых флюидов. Поэтому данный метод можно применять для определения Кн пластов с низкой и неизвестной минерализацией флюидов. Глубинность исследования С/О каротажа в породах-коллекторах составляет в среднем 20 см, разрешающая способность по вертикали не менее 60 см.
ИНГМ-С применяют в обсаженных скважинах для оценки текущей и остаточной нефтенасыщенности, определения интервалов обводнения продуктивных коллекторов независимо от минерализации пластовых вод и для контроля различных технологий увеличения нефтеотдачи коллекторов.