Тонкослоистые пласты

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

следования импульсов может изменяться от 10 до 1000 раз в секунду. Применяются две модификации импульсных нейтронных методов, а

именно: ИННК с регистрацией тепловых нейтронов и ИНГК с регистрацией гамма-квантов радиационного захвата. Регистрация нейтронов (или гаммаквантов) проводится в интервалах между двумя импульсами источника через некоторое время задержки tç после каждого импульса. Время задержки можно изменять от нескольких сотен до двух-трех тысяч микросекунд (см. рис.28).

Рис. 28 Распределение плотностей тепловых нейтронов nt во времени Нейтроны, излучаемые генератором, соударяются с ядрами атомов в

горных породах и буровом растворе. При этом нейтроны теряют часть своей энергии и изменяют направление своего движения. После ряда столкновений за время порядка нескольких десятков микросекунд нейтроны замедляются до тепловых с энергией 0.025 эВ. Затем происходит диффузия тепловых нейтронов в среде, которая заканчивается захватом тепловых нейтронов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

83

ядрами атомов. Захват нейтронов ядрами атомов сопровождается гамма-

способностью (сечением захвата) захватывать тепловые нейтроны. Среди них для ГИС наиболее важен Сl, содержащийся в соли NaCl, растворенной в пластовых водах и буровом растворе.

Соударение с ядрами атомов нейтронов большой энергии также сопровождается излучение гамма-квантов. Это гамма-излучение называется гамма-излучением неупругого рассеяния (ГИНР). Энергетические спектры ГИНР также индивидуальны для различных элементов. Для ГИС наиболее важны энергетические спектры углерода (С) и кислорода (О). Изучение спектров углерода и кислорода, а также других породообразующих элементов: кремния (Si), кальция (Cа) и др. - проводится в спектральной модификации импульсного нейтронного каротажа ИННКС. Эта модификация называется также С/О –каротажем и применяется для оценки нефтенасыщенности в обсаженных скважинах.

Импульсные методы, в отличие от стационарных, изучают поведение нейтронных полей во времени. Регистрация плотности тепловых нейтронов или эффектов их взаимодействия с породой производится через определенные промежутки времени tз ,именуемые временем задержки, после кратковременного облучения породы потоком нейтронов высоких энергий. Регистрация показаний на каждой задержке осуществляется в течение некоторого времени, называемого длительностью временного окна или «шириной окна». Запись ИННК (или ИНГК) выполняется на нескольких временах задержки.

По показаниям импульсных нейтронных методов определяют время жизни тепловых нейтронов τ n или обратную величину – временной декремент затухания плотности тепловых нейтронов λ n:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

84

λ n = τ1n

вфункции времени.

Втаблице 5 приводятся значения среднего времени жизни и декремента затухания плотности тепловых нейтронов для некоторых сред.

Плотность тепловых нейтронов на малых временах после кратковременного облучения горных пород быстрыми нейтронами увеличивается во времени. После достижения максимума плотность тепловых нейтронов уменьшается по закону

I = I0et /τ n ,

где I0 –максимальное значение плотности тепловых нейтронов.

Время жизни тепловых нейтронов τ n можно определить по формуле

при прочих равных условиях зависит от диаметра скважины и свойств

Таблица 5 Среднее время жизни тепловых нейтронов τ n и декремент затухания

плотности тепловых нейтронов λ n для некоторых веществ (Д.М. Сребродольский и др., []

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Время жизни тепловых нейтронов на больших временах зависит от содержания в пласте ионов хлора, сильно поглощающих нейтроны. В нефтяных игазовых скважинах это позволяет различать продуктивные и водоносные пласты даже при сравнительно

показаниями ИННК по сравнению с нефте - и газонасыщенными. На этом отличии основано применение метода ИННК для прослеживания изменений положения ВНК и ГВК в продуктивном пласте при разработке месторождений нефти и газа. При большой минерализации пластовых вод (более 100 г/л) разделение водонасыщенных и нефтенасыщенных частей пласта возможно даже по одной кривой ИННК с большим временем задержки.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО НЕЙТРОННОГО ГАММА-КАРОТАЖА

(ИНГК-С)

Общие положения

Импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж или С/О - каротаж применяют в обсаженных скважинах для оценки текущей и остаточной нефтенасыщенности, определения интервалов обводнения продуктивных коллекторов. С/О - каротаж проводится после расформирования зоны проникновения. Связано это с очень небольшой глубинностью метода (первые десятки сантиметров). С/О - каротаж не проводиться при заполнении скважин раствором на нефтяной основе, Показания С/О-каротажа не зависят от минерализации пластовой воды.

Измерительный зонд содержит генератор быстрых (14 МэВ) нейтронов и детектор гамма-излучения. Длина зонда 0,4-0,6 м, точка записи - середина зонда.

Модуль ИНГК-С комплексируют с модулями ГК и ЛМ (локатор муфт) для привязки результатов измерений к глубине.

Рекомендуемая скорость каротажа — 40-50 м/ч.

Интерпретация СО-каротажа

Импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (ИНГК- С) или С/О-каротаж основан на регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР) и радиационного захвата (ГИРЗ) нейтронов, излучаемых высокочастотным генератором быстрых нейтронов. В модификации углеродно-кислородного каротажа используемый генератор излучает импульсы нейтронов 14 МэВ с фиксированной частотой порядка 10 кГц.

рассеянием, при котором нейтрон теряет большую часть энергии, передавая ее рассеивающему ядру. Возврат ядра из возбужденного состояния (снятие возбуждения) сопровождается гамма-излучением, имеющим характерный

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

87

для каждого элемента энергетический спектр. В таблице 6 приведены основные линии спектров гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР) нейтронов для основных породообразующих элементов [1, 2].

Таблица

6

Наиболее характерные линии ГИНР и ГИРЗ основных породообразующих

элементов, наблюдаемые в регистрируемых спектрах.

Так при неупругом рассеянии на ядрах углерода образуются гаммакванты с энергией 4.43 МэВ, а на ядрах кислорода с энергией 6.13 МэВ и 7.1 МэВ. После потери энергии на неупругих соударениях примерно до 1 МэВ последующие соударения представляют собой упругое рассеяние, при котором нейтроны постепенно теряют энергию, пока не замедлятся до тепловой энергии. Упругое рассеяние не сопровождается гамма-излучением. Замедлившись до тепловой энергии, нейтроны захватываются ядрами. При этом наблюдается мгновенное гамма-излучение радиационного захвата (ГИРЗ). Каждому элементу также характерен свой энергетический спектр

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

88

ГИРЗ. Основные линии спектров радиационного захвата нейтронов приведены в таблице 6. Параллельно часть нейтронов вступает в ядерные реакции, при которых захват нейтрона приводит к образованию радиоактивного ядра другого элемента. Вновь возникшее ядро распадается с испусканием бета или гамма-излучения наведенной активности (ГИНА), характеризующегося величиной энергии и периодом полураспада. Процесс замедления быстрых нейтронов длится нескольких первых микросекунд, поэтому спектры ГИНР регистрируются в процессе излучения импульса нейтронов излучателем, длительность которого составляет 15÷25 мксек. Время жизни тепловых нейтронов в типичных разрезах колеблется от 100 до 500 мксек. Таким образом, во время нейтронного импульса тепловые нейтроны от предыдущих импульсов, а так же те нейтроны, энергия которых приблизилась к энергии тепловых нейтронов во время импульса, продолжают генерировать гаммаизлучение радиационного захвата (ГИРЗ). При регистрации спектров ГИНР это излучение, наряду с гамма-излучением наведенной активности, является фоновым. Через несколько микросекунд после окончания вспышки, когда ГИНР практически отсутствует, гамма-излучение наведенной активности является фоновым уже для спектров ГИРЗ. Чистые спектры ГИНР и ГИРЗ для последующего их анализа получают после вычитания из измеренных спектров соответствующих фоновых спектров (рис. 29).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

89

Рис.29 Схема временной селекции ГИНР и ГИРЗ в единичном цикле излучения генератора нейтронов в измерениях ИНГКС-

С/О

Анализ спектров ГИНР и ГИРЗ (см. рис.30), в силу индивидуальных их особенностей для элементов, составляющих породу, обсадную колонну и цементное кольцо, позволяет определять массовые содержания углерода,

Определение текущей нефтенасыщенности по зарегистрированным спектрам ГИНР и ГИРЗ может быть выполнено по кривым отношений скоростей счета

RC/O и RCа/Si в энергетических окнах гамма-излучения неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода, кислорода, кальция и кремния. Кривые

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

90

отношений скоростей счета RC/O и RCа/Si совмещаются в водонасыщенной

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

91

части разреза скважины (см. рис.31). Положительные приращения кривой