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). Для обоих видов каротажа измеряемыми величинами являются скорости счета во временных окнах, основными расчетными – макросечение а захвата тепловых нейтронов в единицах захвата (е.з.), равных 10^-3 см^-1, и водонасыщенная пористость пород, в процентах.

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.

Наиболее эффективный способ применения ИНК – выполнение повторных измерений во времени в процессе изменения насыщенности коллекторов. Такие изменения могут быть вызваны естественным расформированием зоны проникновения, обводнением пластов в ходе их выработки, целенаправленными технологическими операциями, включающими в себя закачку в породы растворов веществ с аномальными нейтронопоглощающими свойствами.

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.

Применяемая аппаратура и оборудование мега-р

Аппаратурный комплекс МЕГА-Р предназначен для проведения геофизических исследований в скважинах на нефтяных и газовых месторождениях методами радиоактивного, акустического и других видов каротажа. Обеспечивает одновременное измерение в пластах, вскрытых скважиной, мощности экспозиционной дозы (МЭД) естественного гамма-излучения, водонасыщенной пористости, интервального времени распространения упругих колебаний и коэффициента их затухания, оценку качества цементирования и локацию муфтовых соединений обсадной колонны, а также регистрацию гидростатического давления в скважине, температуры внутри прибора и контроль напряжения питания.

Приборы МЕГА-Р позволяют проведение исследований в скважинах при температуре до 120°С и гидростатическом давлении до 80 МПа в комплексе с прогаммно-управляемой каротажной станцией МЕГА и трехжильным каротажным кабелем типа КГ-3-60-180 длиной до 6000 м.

Базовая сборка МЕГА-Р состоит из следующих приборов (модулей):

ГМЛ-М – прибор гамма – каротажа с манометром и локатором муфт.

2ННК-М – прибор двухзондового нейтрон – нейтронного каротажа.

АК-М – прибор акустического каротажа.

Обеспечена возможность использования всех модулей сборки МЕГА-Р в одиночном режиме в качестве самостоятельных скважинных приборов.

ГМЛ-М

Модуль ГМЛ-М предназначен для проведения исследований скважин диаметром от 110 мм на месторождении нефти и газа. Обеспечивает измерение мощности экспозиционной дозы (МЭД) естественного гамма-излучения горных пород двумя идентичными по структуре каналами ГК (шифр GR1 и GR2), значения давления промывочной жидкости (PRES) в интервале исследования скважины, контроль температуры внутри модуля (TEMP), контроль питающего напряжения (UM1), а также локация муфтовых соединений обсадной колонны (CCL).

Модуль ГМЛ-М обеспечивает проведение измерений в скважинах, заполненных водной промывочной жидкостью с содержанием NaCl от десятых долей процента до минерализации, соответствующей насыщению, NaОН - до 20%, нефти – до 10% и водородным показателем (рН) от 7 до 10, при верхних значениях температуры окружающей среды 120С и гидростатического давления 80 МПа.

Диапазон измерения МЭД естественного гамма-излучения, обеспечиваемый каждым из каналов ГК (GR1 и GR2) модуля - от 14*10^-14 до 18*10^-12 А/кг (от 2-250 мкР/ч); давление промывочной жидкости, обеспечиваемый каналом манометра (PRES) модуля – от 0,01 до 80 МПа.

Питание модуля осуществляется постоянным электрическим напряжением от источника «ИСТОК-1» по первой жиле кабеля и составляет 40±2 В. Сила электрического тока питания модуля не более 170 мА

Регистрация гамма-излучения осуществляется блоком детектирования ГК, содержащим два сцинтилляционных детектора (по одному в каналах ГК1 и ГК2), каждый из которых состоит из фотоумножителя ФЭУ – 74А и кристалла NaJ (Tl) размерами 40*80 мм.

Модуль ГМЛ-М представляет собой прибор радиоактивного каротажа интегрального типа, дополненный локатором муфт, тензопреобразователем (датчик давления) и термопреобразователем (датчик температуры).

Принцип измерения МЭД, реализованный в модуле, основан на преобразовании регистрируемых блоком детектирования гамма-квантов, обусловленных естественной радиоактивностью горных пород, в электрические сигналы, средняя частота следования которых в интервале измерения связана с МЭД гамма-излучения в этом интервале функциональной зависимостью:

N=B*S,

Где N – средняя частота следования импульсов, 1/с;

В – МЭД гамма-излучения, А/кг;

S – чуствительность канала ГК модуля ГМЛ, кг/(А*с).

В результате измерение МЭД гамма-излучения сводится к определению чувствительности каналов ГК модуля (коэффициента преобразования), являющейся постоянной величиной для данного экземпляра, и измерению средней частоты следования выходных импульсов этого канала.

Измерение в процессе каротажа давления промывочной жидкости осуществляется с помощью тензопреобразователя, который представляет собой тензометрический мост и производит непрерывное, пропорциональное преобразование воздействующего на него скважинного давления в выходной электрический сигнал (напряжение постоянного тока).

Измерение температуры внутри модуля осуществляется с помощью термопреобразователя (полупроводникового датчика температуры), обеспечивающего непрерывное, пропорциональное преобразование температуры окружающей среды в напряжение постоянного тока.

Принцип работы канала ЛМ заключается в регистрации э.д.с., возникающей в катушке индуктивности локатора при прохождении им муфтовых соединений и иных элементов компоновки обсадной колонный из-за перераспределения магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами локатора и их преобразовании в аналоговые сигналы (напряжение постоянного тока). При этом оцифровывается максимальное значение аналогового сигнала (пиковый детектор).

Обмен информацией между скважинным прибором и каротажной станцией осуществляется по протоколу «Манчестер». Пакеты управляющих импульсов, соответствующих этому протоколу, формируются в ADSP 350h станции МЕГА и через БУСП поступают на 2-ю и 3-ю жилы кабеля и далее, в скважинный прибор. Ответные посылки от скважинного прибора, в соответствии с протоколом "Манчестер", следуют в паузах между посылками запросов по тем же жилам кабеля.

Габаритные размеры, мм

диаметр 90

длина 2700

Масса, кг 80

Прибор по конструкции “проходной”

2ННК-М

Модуль 2ННК-М предназначен для исследований скважин диаметром от 110 мм на месторождениях нефти и газа методами двухзондовой модификации нейтрон-нейтронного каротажа по тепловым нейтронам (2ННК-Т).

Прибор может работать как в одиночном режиме так и в составе комплекса МЕГА-Р.

Модуль 2ННК-М обеспечивает проведение измерение водонасыщенной пористости (объемного влагосодержания) пластов в скважинах, заполненных водной промывочной жидкостью с содержанием NaCl от десятых долей процента до минерализации, соответствующей насыщению, NaOH - до 20%, нефти – до 10% и водородным показателем (рН) от 7 до 10.

Модуль 2ННК-М эксплуатируется с источником быстрых нейтронов полоний – бериллиевым типа ВНИ-2 или плутоний – берилливыеем типа ИБН8-5 с потоком нейтронов от 5·10⁶ до 1·10⁷с^-1. Диапазон измерений водонасыщенной пористости, обеспечиваемый модулем 2ННК-М,- от 1 до 40 %.

Питание модуля осуществляется постоянным электрическим напряжением от источника «ИСТОК-1» по первой жиле кабеля и составляет 40±2 В. Сила электрического тока питания модуля не более 150 мА

Регистрация нейтронного излучения осуществляется блоком детектирования 2ННК, содержащим два гелиевых счётчика типа СНМ – 56 (по 1 шт. в каналах ННКм МЗ и ННКб БЗ). Расстояния между центром источника нейтронов, установленного в камеру зонда модуля 2ННК-М, и ближними к нему торцами счётчиков СНМ – 56 каналов ННКм (шифр RNTN) и ННКб (шифр RFTN) составляют (258±5) и (508±5) мм.

Принцип измерения водонасыщенной пористости (объёмного влагосодержания) Кп, вскрытых скважиной пластов, состоит в облучении горных пород потоком быстрых нейтронов полоний-бериллиевого или плутоний-бериллиевого источника и преобразовании замедлившихся в исследуемой среде потоков тепловых нейтронов, зарегестрированных двумя установленными на фиксированных расстояниях от источника детекторами (счётчиками) нейтронов, в потоки электрических импульсов, средние частоты следования которых связаны со значением Кп.

Водородосодержание рассчитывается по формулам:

Водородосодержание рассчитывается по формулам:

,

,

,

где , , - водородосодержание по данным ННК_МЗ, ННК_БЗ и их отношению соответственно, %;

, - скорость счета по каналам ННК_МЗ и ННК_БЗ соответственно, у.е.

Обмен информацией между скважинным прибором и каротажной станцией осуществляется по протоколу «Манчестер». Пакеты управляющих импульсов, соответствующих этому протоколу, формируются в ADSP 350h станции МЕГА и через БУСП поступают на 2-ю и 3-ю жилы кабеля и далее, в скважинный прибор. Ответные посылки от скважинного прибора, в соответствии с протоколом "Манчестер", следуют в паузах между посылками запросов по тем же жилам кабеля.

Габаритные размеры, мм

диаметр 90

длина 2210

Масса, кг 60

Прибор по конструкции “проходной”

АК-М

Скважинный прибор (модуль) акустического каротажа АК-М (в дальнейшем - модуль) предназначен для проведения исследований нефтяных и газовых скважин диаметром от 110 до 300 мм, заполненных водной промывочной жидкостью. Обеспечивает решение широкого круга геофизических задач методом акустического каротажа, позволяет определить параметры упругих волн всех типов (продольных, поперечных и Лэмба-Стоунли) и выполнить контроль цементирования скважин.

Формула зонда модуля – И 2.2 П1 0.4 П2.

Напряжение питания модуля – (40±2)В по первой жиле кабеля. Сила электрического тока потребляемая модулем в режиме излучения (160±20) мА, в режиме ожидания - (60±20) мА.

Излучатель акустического зонда модуля имеет два режима излучения – НЧ (низкая частота) и ВЧ (высокая частота). Средняя видимая частота излучаемых упругих колебаний, создаваемых излучателем, измеренная в металлической трубе по первым трём полупериодам волнового пакета, - (12±3) кГц при работе в режиме НЧ и (22±5) кГц при работе в режиме ВЧ. Модуль обеспечивает: 4-х ступенчатую регулировку уровня сигнала (см. главу «Режимы работы комплекса МЕГА-Р»), измерение интервального времени ΔT в диапазоне от 120 до 660 мкс/м и кажущегося коэффициента затухания α в диапазоне от 0 до 30 дб/м . Работа модуля основана на возбуждении упругих колебаний и их приеме после прохождения ими исследуемой среды с целью определения кинематических и динамических параметров этих колебаний связанных с характеристиками среды пересеченных скважиной. Возбуждение упругих колебаний осуществляется с помощью расположенного в модуле магнитострикционного двухчастотного излучателя. Прием упругих колебаний осуществляется с помощью двух поочередно работающих пьезокерамических звукоприемников, разнесенных по длине модуля на величину базы акустического зонда. Поступившие на звукоприемник упругие колебания преобразуются в колебания электрического тока – информационный сигнал (волновой пакет), который усиливается и вместе со служебными сигналами (синхроимпульсы и т.д.) передается по геофизическому трехжильному кабелю на регистратор. Обмен информацией между скважинным прибором и каротажной станцией осуществляется по протоколу «Манчестер». Пакеты управляющих импульсов, соответствующих этому протоколу, формируются в ADSP 350h станции МЕГА и через БУСП поступают на 2-ю и 3-ю жилы кабеля и далее, в скважинный прибор. Ответные посылки от скважинного прибора, в соответствии с протоколом "Манчестер", следуют в паузах между посылками запросов по тем же жилам кабеля.

Габаритные размеры, мм

диаметр 90

длина с гибкой вставкой 7000

Масса, кг 107

Прибор по конструкции концевой.