Разновидности нейтронного каротажа

 

Используют нейтронный каротаж с регистрацией надтепловых нейтронов (ННК-НТ),

Нейтронный каротаж с регистрацией тепловых нейтронов (ННК-Т),

Нейтронный каротаж с регистрацией гамма-квантов (НГК).

Для зонда ННК-НТ количество нейтронов, достигших детектора, определяется способностью воздействовать на процесс замедления нейтронов. Т.к. аномальным замедлителем является водород, то показания зонда однозначно связаны с концентрацией водорода, присутствующего в пластовых водах, нефтях, газах. Влияние химсостава скелета породы, не содержащей кристаллизационной воды не превышает 5-6% от результатов измерений. (пример диаграммы – рис 71).

Показания ННК-Т зависят не только от процесса замедления нейтронов, но и от процесса диффузии тепловых нейтронов. В результате тепловые распространяются на большие рас-стояния, чем надтепловые. Среднеквадратичная длина пробега тепловых нейтронов, т.е. до его поглощения определяется замедляющими и, в меньшей степени, поглощающими свойствами среды. Таким образом, показания ННК-Т определяются в основном содержанием водорода в породе. Преимущество ННК-НТ при определении содержания водорода в породе состоит в отсутствии влияния поглощающих свойств и минерализации бурового раствора. (пример диаграммы – рис. 71).

Показания НГК зависят от количества гамма-квантов, образовавшихся в результате захвата нейтронов атомами и достигающих детектора. Это количество пропорционально числу поглощенных нейтронов и, соответственно, числу гамма-квантов, возникших при захвате одного нейтрона. Так, при захвате одного теплового нейтрона хлор в осадочных породах отдает в среднем 2,3 гамма-кванта с высокой энергией. В среднем гамма-кванты удаляются на несколько большее расстояние, чем тепловые нейтроны. Кроме хлора аномальными поглотителями тепловых нейтронов являются бот, кадмий, литий, марганец, редкоземельные металлы. Среднеквадратичная длина пробега гамма-квантов, как и тепловых нейтронов, определяется замедляющими и в меньшей степени поглощающими свойствами среды. Поэтому аналогично упомянутым методам НК показания НГК определяются в основном содержанием водорода в породе. С увеличением в породе элементов, аномально поглощающих тепловые нейтроны, показания НГК очевидно растут. (рис. 71)

 

Задачи, решаемые НК.

С помощью НК осуществляют литологическое расчленение разреза по содержанию водорода и в меньшей степени - по концентрации поглотителей.

Зависимость показаний НК от содержания водорода обусловливает решение задачи определения коэф. пористости пород k_п. Количество водорода в нефти и воде примерно одинаково. Поэтому нефтенасыщенные породы (скелет которых не содержит кристаллизационной воды) при равной пористости характеризуются одинаковыми показаниями. Для снижения влияния условий измерения используют двойной разностный параметр

ΔI = (I_∞ - I₂)/(I₁ – I₂), где I_∞ - исправленные за скважинные условия показания НК; I₁ и I₂ – соответственно показания в опорных пластах.

В качестве опорных пластов выбирают пласт, практически не содержащий водорода (плотный пласт), и пласт с большой каверной, максимально насыщенной водородом.

С помощью параметра ΔI оценивают k_п по зависимости вида ln(k_п) = f(ΔI).

С помощью НК определяют положение водонефтяного (ВНК) и газожидкостного (ГЖК) контактов. Определение ВНК основано на том, что при переходе от водонасыщенной породы к нефтенасыщенной наблюдается уменьшение минерализации пластовой жидкости, т.е. содержания хлора, и показания ННК-Т растут, а НГК падают. Эти операции проводят в обсаженных скважинах (зона проникновения расформирована).

Существует еще спектрометрическая модификация НК (СНГК), основанная на изучении энергетического спектра гамма- излучения радиационного захвата.

Импульсный нейтронный каротаж (ИНК).

Породу облучают нестационарным потоком быстрых нейтронов с помощью импульсных облучателей. Существует интегральная и спектрометрическая аппаратура. Интегральной регистрируют процесс спада плотности тепловых нейтронов (ИННК) или гамма-излучение радиационного захвата (ИНГК), спектрометрической аппаратурой регистрируют спектры ГИНР(гамма-излучение неупругого рассеяния) и ГИРЗ (СИНГК). Аппаратура ИНК сложнее, чем НК.

Зонды ИННК и ИНГК.

Источник прибора испускает быстрые нейтроны (импульсы) в течение коротких интервалов времени (Δt_и = 100 – 200 мкс) с частотой 10 – 1000 гц, т.е. через каждые 10³ – 10⁵ мкс. Наземная аппаратура содержит многоканальный временной анализатор, который при нескольких временны`х задержках (сотни – две-три тысячи мкс) на протяжении времени Δt (временно’е окно) регистрирует интенсивность тепловых нейтронов (Inn) или гамма-квантов (Iny). Для уменьшения статистической погрешности определенных интенсивностей их усредняют по большому числу импульсов. Длина зонда составляет 30 – 40 см.

Основное применение ИННК и ИНГК – выделение нефтеносных и газоносных пластов. Преимущества ИНК перед НК состоят в большей чувствительности к элементам, хорошо поглощающим тепловые нейтроны и в меньшей зависимости показаний от влияния скважины. Это позволяет, например, в обсаженных скважинах определять ВНК при малой минерализации пластовых вод (от 20 – 30 г/л). На практике оба метода дают примерно одинаковые результаты. Однако показания ИННК несколько тбольше зависят от влияния скважины, а показания ИНГК – от естественного гамма-излучения.

В зондах СИНГК используют высокочастотный источник быстрых нейтронов (>10⁹ нейтронов/с) с частотой запуска импульсов 10 – 20 кГц, т.е. каждые 50 -100 мкс. Анализ спектров ГИНР и ГИРЗ, проводимй при СИНГК, позволяет определить содержание в породе углерода, кислорода, водорода, кремния, кальция, железа, хлора, серы и др., а также оценить пористость, литологический состав и нефтенасыщенность пород. Независимость результатов оценки нефтенасыщенности пород от степени минерализации пластовых вод – важное преимущество метода. Модификация СИНГК, основанная на изучении в соответствующих энергетических окнах отношения интенсивностей ГИНР углерода к кислороду и предназначенная для определения нефтенасыщенности пород, называется С/О (углродно-кислородным каротажем). Метод применяют в обсаженных скважинах. Аналогично по отношению кальция к кремниюв спектре ГИНР проводят литологическое расчленение геологического разреза, а по отношению водорода к хлору в спектре ГИРЗ – определение ВНК и ГЖК контактов.

 

Реже на практике используют ядерно-магнитный каротаж (ЯМК), акустический каротаж (АК), термический и магнитный каротаж.

В ЯМК оценивается ИСФ(индекс свободного флюида) и с его помощью определяют процентное содержание ядер водорода, содержащегося в свободном флюиде. С помощью АК осуществляется литологическое расчленение разреза, оценивается пористость коллекторов (по уравнению среднего времени Уайли):

 

Δt = Δt_ск(1 – k_п) + Δt_ж k_п, где Δt, Δt_ск, Δt_ж – соответственно интервальные времена продольных волн в породе, скелете (матрице) породы и пластовом флюиде; - k_п

- коэф. пористости. Значения Δt_ск определяют на керне из скважины;

Оценивается тип порового пространства, характер насыщения, проницаемость коллекторов, прочностные свойства пород. Данные АК используют также для интерпретации материалов сейсморазведки (построение геоакустической модели среды). С помощью АК оценивается качество крепления скважины.

Термокаротаж находит применение при контроле разработки месторождений (выделение интервалов притока и поглощения жидкости и газа) и при изучении технического состояния скважины (при нарушении качества крепления скважины может возникнуть затрубная циркуляция (движение жидкости по стволу скважины за обсадной колонной).

Магнитный каротаж используют для определения магнитной восприимчивости.

 

 

Исследование скважин в процессе бурения

К ним относят методы, основанные на использовании буровой техники, газовый каротаж, исследования каменного материала.