Радиоактивные методы исследования скважин- нейтронные методы Общие сведения
НЕЙТРОННЫЕ МЕТОДЫ Методы, при которых горная порода облучается нейтронами, носят название нейтронных. Нейтронные методы различаются видом регистрируемого вторичного излучения, вызванного воздействием на породу первичных нейтронов источника, а также режимом источника. Источник может быть импульсным, т. е. испускать нейтроны в течение небольших интервалов времени, между которыми источник выключен, или же стационарным, т. е. излучать нейтроны практически непрерывно. Соответственно говорят об импульсных (ИНМ) и стационарных нейтронных методах (СНМ).
• В различных методах могут регистрироваться либо нейтроны, рассеянные ядрами атомов горной породы (нейтрон-нейтронный метод), • либо гамма-излучение радиационного захвата нейтронов (нейтронный гаммаметод),
Нейтронные методы основаны на облучении пород нейтронами от стационарного ампульного источника и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов и гамма-квантов, образующихся в результате ядерных реакций рассеяния и захвата нейтронов. Измеряемая величина – скорость счета в импульсах в минуту (имп/мин); расчетная величина – водородосодержание пород в стандартных условиях в процентах. В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам – ННК-НТ; нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т; нейтронный гамма-каротаж – НГК. Первые два вида исследований выполняют, как правило, с помощью компенсированных измерительных зондов, содержащих два детектора нейтронов; НГК – однозондовыми или двухзондовыми приборами, содержащими источник нейтронов и один или два детектора гамма-излучения. Нейтронный гамма-каротаж (НГК) Метод НГК является одним из ведущих методов исследования скважин нефтяных и газовых месторождений. В комплексе с другими методами нейтронный гамма -каротаж применяется для литологического расчленения разрезов скважин, выделения коллекторов, оценки пористости, отбивки водонефтяного и газонефтяного контактов и т. п. В нейтронном гамма-каротаже измеряется искусственно вызванное гаммаизлучение горных пород. Для возбуждения этого излучения стенки скважины бомбардируют нейтронами.
Схема прибора для нейтронного гамма-каротажа Измерительный зонд НК содержит ампульный источник нейтронов и один или два (и более) детектора нейтронов (надтепловых или тепловых) или гамма-излучения. Точка записи – середина расстояния между источником и детектором для однозондовых приборов и середина между двумя детекторами для компенсированных (двухзондовых) приборов. На следующем рисунке представлен практический пример литологического расчленения разреза по данным НТК с привлечением других методов по скважине. Самыми низкими значениями на диаграммах НТК выделяются глины (интервал 2303, 5 -2308, 5 м; 2313 -2321 м; 2335 -2338 м), самыми высокими — тонкие пропластки плотных карбонатных пород на глубине 2296, 2310 и 2331 м.
Пример литологического расчленения разреза по данным нейтронного каротажа в комплексе с диаграммами ПС и ГК. На диаграмме ПС глины отмечаются большими положительными аномалиями до + 100 м. В, а на диаграммах ГК - самыми высокими уровнями естественной радиоактивности. Пористые песчаники характеризуются промежуточными показаниями НГК, отрицательными аномалиями ПС и довольно низким уровнем естественной радиоактивности (интервалы 2289 -2295, 2321 -2335 м и ниже 2338 м). Алевролиты (2298 -2304 м), имеющие такой же уровень НГК, как и песчаники, отличаются от последних положительной аномалией ПС.
Нейтрон-нейтронный метод • Испускаемые источником быстрые нейтроны с энергией в несколько мегаэлектрон-вольт в результате многочисленных соударений с ядрами атомов окружающей среды уменьшают свою энергию до величины порядка энергии теплового движения атомов (при комнатной температуре в среднем 0, 025 э. В). • Дальнейшие столкновения нейтрона с ядрами могут привести как к уменьшению, так и к росту энергии нейтрона, но в среднем она остается вблизи указанной величины средней энергии теплового движения атомов. • Поэтому такие нейтроны называют тепловыми, а процесс их распространения в среде – диффузией тепловых нейтронов. • Часть истории нейтрона от момента вылета из источника до достижения тепловой энергии называется процессом замедления нейтронов. • Диффузия тепловых нейтронов заканчивается поглощением последних каким-либо ядром и испусканием гамма-квантов радиационного захвата
• При нейтрон-нейтронном методе (ННМ) регистрируют либо тепловые нейтроны, либо надтепловые нейтроны, энергия которых несколько больше тепловой энергии (от нескольких десятых долей до единиц электрон-вольт). • Соответственно эти две разновидности метода называются нейтронными методами по тепловым (ННМ-Т) и надтепловым (ННМ-НТ) нейтронам.
Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННК-Т) заключается в измерении плотности потока тепловых нейтронов, образующихся в результате замедления в горных породах быстрых нейтронов от стационарного источника При исследовании нефтяных и газовых скважин хорошие результаты дает многозондовый нейтрон-нейтронный каротаж (МННК). В скважинном приборе МННК измерение нейтронного потока производят с помощью двух или нескольких детекторов, расположенных на разном расстоянии от источника. На рисунке приведен пример определения положения газоводяного контакта в коллекторе по данным двухзондового каротажа ННК-Т. На диаграмме малого зонда (L = 35 см) повышением плотности потока тепловых нейтронов выделяется весь пласт-коллектор залегающий среди глин (интервал 1080, 8 -1108, 8 м). На диаграмме большого зонда ( L = 70 см) показания ННК над газонасыщенной частью пласта вследствие меньшего водородосодержания превышают показания над водонасыщенной частью более, чем вдвое. Газоводяной контакт фиксируется на глубине 1101, 7 м. Определение положения газоводяного котнакта с помощью двухзондовой установки ННК-Т
Схема прибора для нейтрон-нейтронного каротажа. Нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам (ННК-НТ) заключается в измерении плотности потока надтепловых нейтронов, образующихся в результате замедления в горных породах быстрых нейтронов от стационарного источника. Надтепловыми считаются нейтроны с энергией от 100 э. В до 20 кэ. В. Плотность потока надтепловых нейтронов определяется, главным образом, замедляющими свойствами среды, т. е. ее водородосодержанием, и практически не зависит от ее поглощающих свойств (от содержания элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов). В этом заключается преимущество ННК-НТ перед ННК-Т и НТК.
Наибольшее количество водорода обычно характерно: • для глин, аргиллитов и мергелей. • Они имеют большую пористость и содержат значительное количество химически связанной воды в составе глинистых минералов. • Против этих пород часто наблюдаются каверны (увеличение диаметра скважины), что также способствует росту среднего количества водорода вблизи зонда ННМ. • Эти породы, а также гипсы, содержащие много связанной воды, отмечаются на кривых ННМ-НТ минимальными показаниями.
Самыми высокими показаниями на кривых ННМ-НТ характеризуются: • Плотные малопористые известняки, ангидриты, неразмытые соли, магматические и метаморфические породы и другие породы, содержащие в своем составе мало водорода.
Промежуточными показаниями отмечаются породы умеренной пористости: • Пористые известняки и доломиты, песчаники и др. • При прочих равных условиях, чем выше пористость пласта, тем ниже показания метода.
В нефтяных и газовых скважинах ННМ-Т, как и ННМ-НТ применяют: • для расчленения пород с различным водородосодержанием; • определения коэффициента пористости пород. • Достаточно точные данные получаются лишь при учете содержания хлора в буровом растворе и в прилегающей к скважине части пласта (в пласте или зоне проникновения). • При благоприятных условиях (высокая минерализация вод и постоянная пористость пласта, обсаженные скважины, где нет зоны проникновения фильтрата) ННМ-Т можно применять также и для определения положения водонефтяного контакта. • Преимущество ННМ-НТ при определении пористости пород – отсутствие влияния поглощающих свойств породы и бурового раствора. • Длина зонда ННМ-Т в нефтяных и газовых скважинах берется равной обычно 40 -50, иногда 60 см. • На практике используют зонды ННМ-НТ размером 30 -40, реже 50 см.
Нейтронный каротаж q Зонд излучает в породу нейтроны высокой энергии q Нейтроны сталкиваются с ядрами атомов породы и замедляются q Наиболее интенсивные замедлители – водород и хлор q При каждом столкновении нейтроны теряют энергию (скорость) q Скорость нейтронов падает до такой степени, что они могут быть захвачены ядром q Ядра, захватившие нейтроны, излучают гамма-лучи q Вода - H 2 O и нефть - Cn. H 2 n+1 заполняют поры породы. q Поэтому определить пористость можно просто, посчитав атомы водорода H.
Нейтронный каротаж применяют в необсаженных и обсаженных скважинах с целью литологического расчленения разрезов, определения емкостных параметров пород (объемов минеральных компонент скелета и порового пространства), выделения газожидкостного и водонефтяного контактов, определения коэффициентов газонасыщенности в прискважинной части коллектора. Областями эффективного применения НК при определении пористости и литологическом расчленении разреза являются: - для ННК-НТ – породы с любым водородосодержанием, любыми минерализациями пластовых вод Спл и промывочной жидкости Спж (в том числе с любой контрастностью Спл и Спж в зоне исследования метода), при невысокой кавернозности ствола скважины; - для ННК-Т – породы с любым водородосодержанием, невысокими Спл и Спж (меньше 50 -70 г/л Na. Cl) и слабой контрастностью Спл и Спж; - для НГК – породы с низким (меньше 8 -12%) водородосодержанием и любыми Спл и Спж, а также породы со средним (8 -20%) водородосодержанием, если Спл и Спж не превышают 100 г/л. Областями эффективного применения НК при выделении газоносных пластов, газожидкостного контакта, определении коэффициента газонасыщенности являются: - для ННК-НТ – породы с любым водородосодержанием при диаметре скважины, не превышающем 200 мм; - для ННК-Т – породы с водородосодержанием более 10% при диаметре скважины, не превышающем 250 мм; - для НГК – породы с водородосодержанием менее 20%.
Скачать презентацию Радиоактивные методы исследования скважин- нейтронные методы Общие сведения
Презентация 8.1 Радиометрия. Нейтронные методы.ppt