Прилад нейтронного каротажу за надтепловими нейтронами для дослідження нафтогазових свердловин

Корисна модель відноситься до області ядерно-геофізичних досліджень колекторів нафти і газу в обсаджених і не обсаджених свердловинах і призначена для підвищення ефективності вимірювань двозондовими приладами нейтрон-нейтронного каротажу за надтепловими нейтронами (2ННКнт). Відомі двозондові прилади 2ННКнт містять у захисному кожусі стаціонарне джерело швидких нейтронів (наприклад, плутонієво-берилієве (Рu-Ве)), яке помішується в камеру джерела, і два розташовані на різній відстані від джерела детектори надтеплових нейтронів. Між камерою джерела і детектором меншого зонда, а також між детекторами меншого і більшого зондів (МЗ і БЗ) розміщено екрани з вибраними нейтронними властивостями [1]. Детектор надтеплових нейтронів складається з циліндричного 3Не лічильника повільних нейтронів та кадмієвого нейтронного фільтра у ви гляді коаксіального циліндра, стінки якого поглинають теплові нейтрони і пропускає надтеплові. Для підвищення швидкості лічби надтеплових нейтронів зменшують довжину зондів, особливо БЗ, а також розміщують між лічильником і кадмієм нейтронну "пастку" із речовини з високим вмістом водню (наприклад, із капролону). Збільшення ефективності детектора надтеплових нейтронів має такий механізм. Теплові нейтрони повністю затримуються кадмієм, у якого високе значення перерізу поглинання в області теплових енергій, а надтеплові нейтрони вільно проходять кадмій і попадають в нейтронну "пастку" із капролону, де в результаті зіткнень з воднем втрачають енергію, після чого мають підвищену ймовірність бути захопленими 3Не і в підсумку бути зареєстрованими лічильником, який має тим вищу е фективність, чим менша енергія нейтронів. Прототипом корисної моделі служить серійний двозондовий прилад СРК 2ННКнт діаметром 89 мм [2]. Схема зондового пристрою цього приладу приведена на Фіг.1. Позначення на Фіг.1: 1 - стальний захисний кожух; 2 - стальна камера джерела нейтронів; 3 - джерело нейтронів; 4, 5 - лічильники нейтронів меншого і більшого зондів (МЗ і БЗ); 6, 7 - нейтронні фільтри МЗ і БЗ із кадмію; 8 ,9 - нейтронні "пастки" МЗ і БЗ із капролону; 10,11 - екрани із капролону; L1,L 2 - до вжина МЗ і БЗ, відпо відно . Під довжиною меншого і більшого зондів тут мається на увазі відстань між центром джерела і ближнім торцем лічильників МЗ і БЗ. Вибраний прототип має наступні особливості. 1). Довжина МЗ L1 » 15см, довжина БЗ L2 » 40см (див. Фіг.1). В обох зондах поміщені лічильники повільних нейтронів 4 і 5 на основі гелію-3 (3Не-лічильники типу СНМ-56). 2). Детектором для реєстрації надтеплових нейтронів МЗ служить сукупність лічильника повільних нейтронів 4, кадмієвого фільтра 6 і нейтронної "пастки" 8 із матеріалу з високим вмістом водню (капролон); детектором БЗ є сук упність відповідних елементів 5, 7 і 9. 3). Між джерелом нейтронів 3, поміщеного в камеру джерела 2, і детектором МЗ 4, між детекторами МЗ 4 і БЗ 5 розміщені екрани 10 і 11 із капролону. Основними недоліками приладу СРК 2ННКнт є: а) недостатня довжина зондів; б) відносно мала глибинність, тобто занижений радіус зони дослідження пластів-колекторів. в) вплив нейтронопоглинальних факторів на показання детекторів. Недостатня довжина обох зондів, що сумірна з діаметром свердловини, призводить до значного впливу свердловини і пов'язаних з нею факторів, а також до недостатньої глибинності досліджень. Глибинність методу ННКнт тим вища, чим більша довжина зонда і чим менший вміст водню в оточенні приладу. В той же час механічно збільшити довжину зондів такого приладу, як СРК 2ННКнт практично неможливо, оскільки це призведе до значного зменшення швидкості лічби нейтронів і, відповідно, до збільшення статистичних похибок вимірювань. Істотні недоліки приладу СРК 2ННКнт призвели фактично до відмови від його використання, хоч потреба в приладі такого типу залишається. Вказані недоліки а) і б) пов'язані з тим, що вн утрішній об'єм зондового пристрою приладу СРК 2ННКнт заповнено матеріалом з високим вмістом водню (капролоном), який є сильним сповільнювачем нейтронів. Недолік в) викликаний тим, що дальні торці детекторів МЗ і БЗ не закриті кадмієм, внаслідок чого в лічильники попадає істотна неконтрольована кількість теплових нейтронів, потік яких залежить не тільки від параметрів сповільнення, а і від параметрів поглинання теплових нейтронів. Поле надтеплових нейтронів формується системою прилад - свердловина - пласт (ПСП). При цьому єдиним компонентом системи ПСП, нейтронні властивості якого можна змінити і тим самим вплинути на просторовий розподіл надтеплових нейтронів, є прилад.Зменшення водню в зондовій частині приладу приводить до зменшення спаду поля надтеплових нейтронів з ростом віддалі від джерела і, відповідно, до можливості збільшити довжину зонда, а також глибинність досліджень. Це також означає, що певне збільшення довжини зонда дозволяє отримати достатню швидкість лічби нейтронів для досягнення необхідної статистичної точності вимірювань. Метою створення корисної моделі є підвищення ефективності вимірювань двозондовим приладом нейтроннейтронного каротажу за надтепловими нейтронами (2ННКнт) при визначенні пористості (вмісту водню) колекторів через стальну обсадну колону разом з цементним кільцем, а також в необсаджених свердловинах. Підвищення ефективності вимірювань приладом 2ННКнт полягає в збільшенні глибинності досліджень і в зменшенні впливу свердловинних і нейтронопоглинальних факторів при достатньо високій швидкості лічби нейтронів (без збільшення потужності нейтронного джерела). Розв'язання поставленої задачі досягається шляхом збільшення довжини зондів при одночасній заміні водневмісних екранів (капрлон) на екрани, речовина яких слабо сповільнює і добре розсіює нейтрони (наприклад, алюміній), та повним оточенням кадмієм лічильників нейтронів (в тому числі і дальнього торця). При цьому довжина зондів може досягати величини, характерної для приладів з реєстрацією теплових нейтронів (в даному випадку - прилад СРК 2ННКт [2]) На Фіг.2 представлена схема зондового пристрою приладу 2ННКнт, яка відображає суть запропонованої корисної моделі. Позначення на схемі ті ж самі, що і на Фіг.1, за винятком: 8 - повітряне вікно детектора МЗ 10,11 - екрани із алюмінію; LМЗ, LБЗ - довжина МЗ і БЗ (LМЗ>L1, LБЗ>L2). Відмінність зондових пристроїв серійного приладу СРК 2ННКнт і запропонованої корисної моделі полягає в наступному. 1. Замість екранів 10 і 11 із сильного сповільнювача нейтронів - капролону (Фіг.1) в корисній моделі в якості екранів 10, 11 (Фіг.2) використано матеріал, що слабо сповільнює і добре розсіює нейтрони - алюміній (який, до тогож, підходить за технологічними властивостями). 2. Довжина екрану 10 збільшена на 10см, що, відповідно, привело до збільшення довжини зондів МЗ і БЗ на ту ж величину. 3. В де текторі МЗ закрито кадмієм 6 дальній торець лічильника 4 і використано повітряне вікно 8 між кадмієм і захисним кожухом. 4. В детекторі БЗ закрито кадмієм 7 дальній торець лічильника 5 разом з нейтронною "пасткою" із капролону 9. Запропонована корисна модель усуває недоліки а) - в) серійного приладу типу СРК 2ННКНТ. Дослідний зразок корисної моделі діаметром 89мм, яка отримала шифр СНКнт (прилад стаціонарного нейтронного каротажу за надтепловими нейтронами), виготовлено в ВАТ "Київський завод "Геофізприлад". Випробування приладу СНКнт проведено в баку з прісною водою, імітаторах пористих пластів (ІПП), на фізичних моделях пластів-колекторів і в газових свердловинах Дніпровсько-Донецької западини. Характерні результати виконаних вимірювань, у порівнянні з даними приладу нейтронного каротажу за тепловими нейтронами СРК 2ННКт, який має таку ж довжину зондів, як і запропонована корисна модель СНКнт, представлені в таблиці. Таблиця Швидкість лічби нейтронів корисною моделлю СНКнт і серійним приладом СРК 2ННКт в обсаджених і не обсадженій свердловинах (потужність Pu-Ве джерела Q » 1x107 нейтронів/с) СРК2ННКт СНКнт IМЗ, імп/хв.. IБЗ, імп/хв. IМЗ, імп/хв.. IБЗ, імп/хв. Прісна вода 20400 640 6000 780 Обсаджена свердловина: dсв=300мм, dкол =219мм Середнє по розрізу 1250-1340м 27513 1091 8737 1439 Глинистий пласт-не колектор 24401 771 8457 1289 Пласт-колектор 34267 1883 11049 2079 Обсаджена свердловина: dсв-216мм, dкол=168мм Середнє по розрізу 2560-3640м 30255 1754 11237 1870 Низькопористий пласт (вапняк к п » 1%) 52589 7747 18595 5032 Пласт-колектор (пісковик, к п » 14%) 73608 2978 14042 2517 Необсаджена свердловина: dсв=190мм Середнє по розрізу 2250-2460м 47590 3719 13019 2610 Низькопористий пласт (вапняк к п » 1%) 73208 10506 19047 5630 Пласт-колектор (пісковик, к п » 15%) 52593 3901 13334 2504 Досліджуване середовище КБЗ 1,22 1,32 1,67 1,10 1,07 0,65 0,85 0,70 0,54 0,64 Позначення в таблиці: IМЗ IБЗ - показання (швидкість лічби нейтронів) меншого і більшого зондів (МЗ і БЗ), виражені в імпульсах за хвилину (імп/хв); dсв - номінальний діаметр свердловини, мм; dкол - номінальний діаметр стальної колони, мм; к п - коефіцієнт пористості, % КБЗ =ІБЗСНКнт/ ІБЗСРКт - відношення показань більшого зонда приладів СНКнт і СРК 2ННКт. Як видно із таблиці, при однакових довжині зондів і діаметрі обох приладів, в обсаджених свердловинах показання детектора надтеплових нейтронів більшого зонда СНКнт в глинисти х і пористи х пласта х ви щі відповідних показань детектора теплових нейтронів приладу СРКт (див. коефіцієнт КБЗ). В не обсадженій свердловині КБЗ