Прилад нейтронного каротажу для дослідження колекторів нафти і газу через буровий інструмент та в обсаджених свердловинах

Корисна модель відноситься до області ядерно-геофізичних досліджень в нафтогазових свердловинах і призначена для підвищення ефективності вимірювань приладами двозондового нейтрон-нейтронного каротажу за тепловими нейтронами при дослідженнях порід - колекторів через буровий інструмент і в обсаджених свердловинах. На сучасному етапі розвитку геофізичних свердловинних досліджень (ГСД), поряд з вимірюваннями приладами на кабелі в обсаджених і не обсаджених свердловинах, все частіше використовують вимірювання через стальні труби бурового інструменту, в т.ч. в горизонтальних свердловинах автономними приладами [1]. Перевагами способу каротажу через бурові труби є оперативність отримання даних про колекторські властивості пройдених пластів, відсутність зони проникнення фільтрату бурового розчину в пласти-колектори, відсутність каверн на стінках свердловини. Вимірювання через буровий інструмент ставить певні вимоги до використовуваних приладів, а саме: зменшені діаметр і довжина, автономність, висока стійкість до несприятливих умов вимірювань (вібрація, підвищені температури та ін.) Більшість методів стандартного комплексу ГСД є непридатними для роботи через буровий інструмент в процесі буріння, наприклад, електричні - із-за наявності стальних труб, акустичні - із-за великих габаритів приладів. В цьому аспекті одним із найбільш ефективних для вимірювань в процесі буріння є радіоактивний каротаж, зокрема нейтрон-нейтронний (ННК) разом з гамма-каротажем (ГК). При дослідженні порід через буровий інструмент діаметр приладу радіоактивного каротажу повинен бути не більшим 3 дюймів (dпр £ 76мм). При цьому джерело нейтронів, гелієві лічильники повільних нейтронів та детектори гамма - квантів, мікропроцесорна елементна база, автономний блок живлення і система запису без принципових проблем можуть задовольнити умови вібростійкості, температурного режиму та інші вимоги. Прилади малого діаметра є також більш універсальними при дослідженні обсаджених та не-обсаджених свердловин у зв'язку з тенденцією зменшення діаметрів нафтогазових свердловин, особливо бокового і горизонтального буріння. Дослідження порід - колекторів через буровий інструмент виконують двозондовими приладами нейтрон нейтронного каротажу за тепловими нейтронами (2ННКт). Зондовий пристрій приладу 2ННКт містить у захисному кожусі стаціонарне джерело швидких нейтронів (наприклад, плутонієво-берилієве), поміщене в камеру джерела, і два розташовані на різній відстані від джерела лічильники повільних нейтронів, за допомогою яких реєструють переважно теплові нейтрони (разом з частиною надтеплових). Між камерою джерела і ближнім детектором, а також між детекторами, поміщено екрани із матеріалу з вибраними нейтронними властивостями. В сучасни х прилада х ННК використовують високоефективні 3Не-лічильники нейтронів, що мають форму циліндрів різноманітного діаметра і довжини. В якості найближчого аналога корисної моделі вибрано зондовий пристрій серійного приладу типу СРК-73 2ННКт діаметром 73мм [2], призначеного для роботи на кабелі в обсаджених і не обсаджених свердловинах, а також для роботи через буровий інструмент. Схема зондового пристрою цього приладу приведена на Фіг.1, де позначено: 1 - джерело нейтронів; 2 - стальна камера джерела нейтронів; 3 - стальний захисний кожух; 4 - лічильник меншого зонда (МЗ); 5 - лічильник більшого зонда (БЗ); 6, 7 - екрани із капролону; 8, 9, 10 - нейтронопоглинальні екрани із кадмію; 11, 12 - повітряні "вікна". LM3, LБ3 - умовна довжина меншого зонда (МЗ) і більшого зонда (БЗ), відповідно. Вибраний прототип має наступні особливості. 1. Менший зонд приладу СРК-73 2ННКт має довжину ZM3=26см, більший зонд – ZБ3=51см (Фіг.1). В обох зондах поміщені 3He-лічильники нейтронів 4 і 5 типу СНМ-56 діаметром 32мм і довжиною 120мм. 2. Між стальною камерою 2 і лічильником 4 меншого зонда, між лічильниками 4 і 5 меншого і більшого зондів розміщені екрани 6 і 7 із матеріалу з високим вмістом водню (капролон). 3. Ближні торці обох лічильників, а також дальня половина лічильника меншого зонда оточена нейтронопоглинальними екранами із кадмію 8, 9, 10. Основним недоліком приладу СРК-73 2ННКт є недостатня швидкість лічби нейтронів на більшому зонді, що призводить до зниження статистичної точності вимірювань і, відповідно, до збільшення похибок при визначенні шуканих параметрів колекторів. Цей недолік при вимірюваннях через буровий інструмент або в обсадженій свердловині підсилюється наявністю гетерогенного середовища з чергуванням водовмісних (капролон, промивальна рідина, цемент) та залізовмісних (захисний кожух, бурові чи обсадні тр уби) компонентів. Таке середовище має сильну нейтронну сповільню вальну і поглинальну здатність, що призводить до значного спаду густини потоку надтеплових і теплових нейтронів при збільшенні довжини зонда. При цьому зменшується також зона дослідження порід (глибинність). Задачею створення корисної моделі є підвищення ефективності вимірювань двозондовим приладом нейтронного каротажу при визначенні пористості та інших параметрів нафтогазових колекторів через стальні труби бурово го інструменту чи обсадної колони. Підвищення ефективності каротажу полягає в збільшенні точності вимірювань шляхом підвищення швидкості лічби нейтронів (що відповідає зменшенню статистичної похибки вимірювань), покращенні диференціації пластів, зменшенні впливу стальних труб. Розв'язання поставленої задачі досягається шляхом використання в якості екранів матеріалів, які слабко сповільнюють, слабко поглинають і добре розсіюють нейтрони (наприклад, алюміній, скло), замість водовмісни х матеріалів (таких, як капролон) та аномальних поглиначів теплових нейтронів (кадмій). При цьому збільшення швидкості лічби нейтронів на більшому зонді досягається без зменшення довжини зонда і при тій же потужності нейтронного джерела. На Фіг.2 представлена схема зондового пристрою приладу 2ННКт, яка відображає суть запропонованої корисної моделі. Позначення на Фіг. 2 ті ж самі, що і на Фіг.1, за винятком: 6, 7 - екрани із алюмінію; 8 , 9 - ней тронопоглинальні екрани із кадмію зміненої конфігурації. Відмінності зондового пристрою запропонованої корисної моделі від найближчого наступні: замість екранів із капролону використано матеріал, що слабко сповільнює, добре розсіює та слабко поглинає нейтрони (алюміній); змінено конфігурацію кадмієвих екранів 8 і 9 МЗ та відсутній кадмієвий екран 10 БЗ. Дослідний зразок корисної моделі, яка отримала шифр СНКт-73 (прилад стаціонарного ней тронного каротажу за тепловими нейтронами діаметром 73мм), виготовлено в ВАТ "Київський завод "Геофізприлад". Випробування приладу проведено в метрологічній установці заводу. Результати виконаних вимірювань у баку з прісною водою представлені в таблиці, при цьому використано джерело нейтронів потужністю приблизно 1´107 нейтронів/секунду. Таблиця Порівняння швидкості лічби нейтронів у прісній воді серійним приладом СРКт-73 і корисною моделлю СНКт-73 Прилад СРК-73 2ННКт СНК-73 2ННКт ІБЗ, імп/хв 1314±72 3715±122 ІМЗ, імп/хв 29880±346 46687±432 КБЗ КМЗ 2,83±0,25 1,56±0.03 Позначення в таблиці: ІБЗ, - показання приладів на більшому зонді (БЗ), імп/хв; ІМЗ - показання приладів на меншому зонді (МЗ), імп/хв; КБЗ і КМЗ - відношення показань приладів СНКт і СРКт на БЗ і МЗ, відповідно. Результати, приведені в Таблиці, показують, що швидкість лічби нейтронів у воді на обо х зонда х корисної моделі СНКт-73 зна чно ви ща (БЗ - на 280%, МЗ - на 150%), ніж в серійного приладу СРКт-73. Це особливо важливо для більшого зонда, тому підвищення у прісній воді показань БЗ нового приладу СНКт-73 у 2,8 рази порівняно з прототипом є показником високої ефективності запропонованої корисної моделі. Технічним результатом корисної моделі є: - підвищення швидкості лічби нейтронів, особливо на більшому зонді; - підвищення точності вимірювань за рахунок зменшення статистичних похибок; - підвищення диференціації пластів; - зменшення впливу стальни х тр уб бурово го інстр умен ту чи обсадно ї колони на результати каротажу. Джерела інформації: 1. Хаматдино в Р.Т., Черменский В.Г., Велижанин В.А. Проблемы и перспективы современного состояния приборостроения в радиоактивном каротаже. Научно-те хнический вестник "Каротажник", 2002, №101, с.26-33. 2. Модуль радиоактивного каротажа СРК-73. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ОАО "Киевский завод Тео физприбор", 1997.