Устройство для многозондового нейтроннрго каротажа

Устройство для многозондового нейтроннрго каротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О l1 И C А Н И Е 398905

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено ОЗ.IV.1972 (№ 1767174/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 27.1Х.1973. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 24.1.1974

М. Кл. б Olv 5/00

Гасударственный комитег

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий

УДК 550 839 621 039 84 (088.8) Авторы изобретения

Я. Н. Басин, М. П. Козырев, В. А. Новгородов, О. P Орехов, Л. Г. Петросян, А. Л. Поляченко, Ю. В. Тюкаев и В. С. Шлыков

Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики геохимии и опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения Министерства геологии Украинской ССР

Заявители и

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОЗОНДОВОГО НЕЙТРОНН

КАРОТАЖА

Изобретение относится к области радиоактивного каротажа нефтяных и газовых скважин с использованием импульсных или управляемых источи иков нейтронов для определения пористости и газонасыщенности пластов в разрядах скважин.

Зависимость показаний нейтронного каротажа У от длины 1 зонда близка к экспоненциальной:

1=Аз (1)

Для нахождения параметра а строят зависимость /п1=А — а1 от длины зонда и определяют а как тангенс угла наклона зависимости lnl=f(l). В случае использования двух измерений 1„и 1б на двух зондах 1,„и 1ба находится из выражения

1п (1„11б) (2) б 1м

Как видно из этого выражения параметр а имеет размерность см —, обратная ему вели1 чина — =L имеет размерность длинны:и может рассматриваться как эффективная длина релаксации нейтронов (в случае регистрации нейтронов) . Величина L меняется в диапазоне пористостей 40 — 1% от 6 до 12 слг.

Известны различные варианты устройств для определения параметра а с использованием двух и более зондов, с двумя и более детекторами гамма-излучения надтепловых и тепловых нейтронов.

Особенностью устройства МНК-Т является

5 наличие очень больших зондов (70 и 90 слг), а преимущество его использования заключается в минимальном влиянии скважины на результаты измерения отношения показаний на двух зондах. Однако это устройство трсбу10 ет применения источников нейтронов очень большой активности 109 н)сск (до 300 кюри по полонию) . Работа с такими источниками очень опасна и возможна лишь в случае применения специальных, довольно громоздких

15 средств защиты. Другим недостатком этого устройства является широкий диапазон изменения скоростей счета. На большом зонде скорости счета могут меняться более, чем в 100 раз i3 рсальном интервале пористостей

20 от 30 до 1%. Если прин ять минимальную скорость счета, нсоб. одимую для обеспечения достаточной статистической точности измерения, равной 1 104 илт/мггн, то максимальная скорость счета превысит п.10 илиг/лшн. Регистра25 ция таких скоростей счета невозможна без существенных просчетов.

Особенностью другого устройства МНК-Т, является использование сравнительно небольших зондов l„=23 ск и l„-=42 слг н детекто30 ров большого диаметра в канале большого зонда и меньшего диаметра в канале малого зонда. Этот вариант МНК-Т не требуст применения источников большой активности и имеет умеренный диапазон изменения скоростей счета. Однако при использовании небольших зондов велико влияние скважины. Поэтому устройство МНК-Т можно использовать в необсаженной скважине, где влияние ее не столь велико, но нс эффективно при исследованиях обсаженных скважин с меняющимся по глубине эксцентриситетом обсадной колон ны.

Для повышения точности определения содержания водорода в пласте в предлагаемом устройстве использованы два детектора, из которых один, установленный в большом зонде, имеет «полубесконечную» длину):4 мия

L а другой, установленный в малом зонде, имеет малую длину (1 „„,, (Индексы мин и макс относятся к пластам соответственно минимальной и максимальной пористости).

Рассмотрим пример идеализированной схемы, в которой в большом зонде используется детектор, нижний конец которого находится на расстоянии 1ю от источника, а верхний удален в бесконечность, а в малом зон де используется практически точечный детектор длиной

/ см, установленный у нижнего конца полубесконечного детектора. Линейные удельные чувствительности счетчиков (на 1 см длины) примем одинаковыми и равными Z.Ïîëüçóÿñü формулой (1) запишем:

/м — Х А

/б=ХА11 "/=ХА 1 (3)

4 а м — = а. б

Из формулы (3) следует, что рассматриваемая идеализированная схема измерения позволяет определять параметр а непосредственно по отношению измерений на малом и большом зонде. Скорости счета на большом зонде будут равны скорости счета на зонде lю с малым детектором, чувствительность котоУ рого равна: =ZL, то есть, примерно будут а такими же, как при использовании детектора длиной L, середина которого установлена на расстоянии 1ю от источника нейтронов. Поэтому, если мы выберем длину малого зонда lp, а длину детектора малого зонда, равной L„,„;, для высоко пористого пласта, то скорость счета для большого зонда с полубесконечным детектором против малопористого пласта будет такой же, как для малого зонда. Изме м пение отношения — будет при изменении по б ристости от 1 до 40 /ю таким же, как изменения а в том же интервале пористости от а (1 ю/ю) до а (40ю/ю) 398905

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокие скорости счета в капале большого зонда и сравнитсльно узкий диапазон их изменения, равный для большого

5 зонда (Дб) произведению диапазона показаний малого зонда (Д„) на отношен ие а (40 )

° (1б) 10 т. е. а (40оо) — м (4) уР

=n К„, (5) б

35 где К, — отношение чувствительностей счетчиков, Отношение а* для пластов с крайними зна40 чениями пористости имеет вид а (40об ) а (40ог ) ае (1о) а (1о ) Различие это будет уменьшаться с умень45 шепнем длины малого детектора. Поэтому переход к реальной системе измерения может только увеличить чувствительность метода к изменению пористости.

Таким образом, предлагаемое устройство

50 МНК-Т с полубесконечным детектором,)41„„„

В большом зонде и малым детектоРом (Liiaac в малом зонде, расположенном непосредственно под детектором большого зонда, обладает следующими преимуществами по срав55 нению с известными устройствами МНК-Т.

1. Высокие скорости счета в канале большого зонда и, следовательно, низкая статистическая ошибка измерения.

2. Малый диапазон изменения скоростей

60 счета.

3. Возможность измерять параметр n*, близкий к o., без логарифмирования.

Последнее преимущество весьма существенно, поскольку зависимость а* от пористо65 сти в интервале 1 — 40 /ю близка к линейной, а (40;4)

Отношение равно примерно 2 — 2,5.

15 а (1о;)

В реальной измерительной системе длину детектора большого зонда достаточно выбрать равной 4L,.„„.„. В этом случае он будет отличаться от полубесконечного детектора по ско20 рости счета не более, чем на 2 /ю (2,71 — "=

=0,02). По результатам экспериментов максимальная величина Е„„„не превосходит

12+-1 см и, следовательно, в большом зонде должен быть установлен счетчик длиной око25 ло 50см. Длина детектора в малом зонде должна быть (Liiavc и его центр будет смещен вниз на лолдлины счетчика от нижнего конца детектора большого зонда. Поэтому отношение измерений на двух зондах в реаль30 ной измерительной системе будет отличаться от а:

398905

In K

Д= —

2о

15 разуется к виду

65

5 тогда как отношение показан<ий — измеряемый параметр — в устройствах МНК, описанных выше (с одинаковой длиной детекторов), связано с пористостью экспоценциальцой зависимостью. По этой причине осреднепие показашш НК по разрезу с помощью интегрирующего контура, неизбежное в реальных измерениях в скважине в случае нелинейной зависимости показаний метода от пористости приводит к систематической ошибке в определении пористости в сторону ее занижения в тонкослоистом разрезе. Этой ошибки не будет при использовании предлагаемого устройства в силу линейности зависимости л"=f(fC ). Реальный коэффициент относи (40 / тельной дифференциации равен

„:< (1о ° ) примерно 3 — 4, т. е. достаточно большой. Его можно было бы увеличить, удаляя детектор оольшого зонда от детектора малого зонда.

Однако при этом будет падать скорость счета в канале большого зонда и увеличиваться ошибка измерения, Расчет оптимального расстояния между детекторами показал, что центр детектора малого зонда це должен отстоять от нижнего зонда детектора большого зонда более, чем на 8 — 11 см. Таким образом, установленные друг за другом счетчики с небольшим зазором 2 — 3 С,Н являются оптимальной измерительной системой.

Выигрыш в скоростях счета в предлагаемом устройстве МНК создается за счет полного использования потока нейтронов, пересекающсго прибор, поскольку детекторы будут установлены по всей длине прибора на расстоянии от 4 до 1<>+5K практически без зазоров.

Длина малого зонда выбирается равной

45 — 50 см.

Как показали экспериментальные исследования с источником кялифорний-252, начиная с зонда 45 см, более резко уменьшается влияние скважины по сравнению с интервалоч зондов 30 — 45 слг.

Параметры устройства для многозондового пейтпонного каротяжа выбираются из следующих соображений. Минимальное расстояННе от источника до детектора малого зонда тпределяется началом правой ветви зависимости 1 1н«т = 1пкт(1)

Ня фиг. 1 приведена экспериментальная зя исимость логарифма показаний метода

НК-T от ялитты зонда для источника «али<1<ортгий-252 в пласте известняка 1 и 40%-ной пористое и для ст вяжитт диаметром 15, 20, 25 слг. Кяк видно из фиг 2, правая ветвь начинается с зон тов 40 — 50 c÷. Влияттие с«ря>«и<тгтых условий изчет>еттгтя на величину от<тот<тертия чтя „.T

Расстояние между малым и большим зондом выбирается из соображения получения наибольшей информации о пористости пласта. Количество итгфорчации оценивается числом градаций g. Пользуясь формулой (4), получим где К,, — коэффициент относительной дифференциации измеряемого параметра, o — относительная ошиока измерения. Для случая, когда ошибка измерения обязана статистическим флюктуациям и измеряемым параметром является а"= —" формула (6) преоб б где Л< — расстояние между центром малого детектора и краем (ближним) большого (полУбескоггечного) счетчика: аг, сс4б Rcp— эффективные угловые коэффициенты для пластов пористостью 1, 40 и 20б<гб, вычисляемые

vo формуле (2);

1б — средняя скорость счета детектора длиной 1 см на зонде длиною 4 (см) на правой ветви зависимости У (<) (фиг. 1).

На фпг. 2 приведена зависимость служащая для определения оптимальной величины Л!,„,, которой соответствует максимум g„„. Как видно из фиг. 2. Л1„,=10,5 см.

Так кяк зависимость весьма пологая, в интервале Л!=8 — 13 см g„„, практически не меняется (назовеч его интервалом оптимальности). При конструировании прибора желательно иметь меньший диапазон изменения показаний. С увеличением зонда этот диапазон увеличивается. Поэтому целесообразно выорать минимальную величину Лг в интервале оптимальности, т. е. 8 слт. Таким образом, длина большого зонда — расстояние от источника до ближнего края детектора — выбирается равной 45+8=53 слг.

Длина счетчика чалого зонда должна быть

L, 6 — 8 c << B 33BHcHMocTH оТ принятой максимальной пористости 40 или 30!б. Длина большого «полубескоттечного» счетчика h б определяется заданным приближением показагтий счетчика реальной длины к показаниям счетчика полубесконечной длины.

Необходимо, чтобы показания реального счетчика отличались не более, чем ня ал> —— — о

2!о для плотного пласта с К„=1бб — =12,5.

МИН

398995 (8) /0б

/ой

/0

/О./0 0 50 M "0 Р0 90 /00 йл. /

Расчет ведется по формуле

In бо

/ 4 а

Для рассматриваемых условий oD =002 и — = 12,5 см, 66 = 3,9 12,5 = 48,8 50 см.

1 а<

Таким образом, определены все параметры зонда прибора. На фиг. 3 приведена схема зондовой части предлагаемого устройства.

На фиг. 4 приведена зависимость измеряе1„ мого параметра сс" = — от пористости карбо б натного пласта для скважины диаметром

25 с/и для выбранных параметров зонда:

lp=45 р, 61=8 см, 1б=53 см, 6 =8 см, A6=50 см, Предмет изобретения

Устройство для многозондового нейтронного каротажа, состоящее из двух детекто5 ров тепловых нейтронов, находящихся по одну сторону на разных расстояниях от,источника быстрых нейтронов, и регистрирующей схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения содержания

10 водорода в пласте, длина детектора большого зонда должна быть по крайней мере не менее четырех эффективных длин релаксации нейтронов в пласте с минимальной пористостью, а длина детектора малого зонда—

15 по крайней мере не более одной эффективной длины релаксации нейтронов в пласте с максимальной пористостью,,398905

15лг. агу

E с го фиг 4

Редактор С. Хейфиц

Корректор М. Лейзерман

Типография, пр. Сапунова, 2

C Om»

Цl

Составитель И. Трофимова

Техред Е. Борисова

Заказ 3701/15 Изд. № 2061 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5