Развитие импульсного нейтронного каротажа (ИНК) за рубежом.

Развитие импульсного нейтронного каротажа (ИНК) за рубежом.
Аналитический обзор по состоянию на 1985-1991 г.
Составитель: проф. кафедры ядерно-радиометрических методов и
геоинформатики МГРИ д.ф.-м.н. Лухминский Б.Е.
В обзоре отмечаются главные работы ведущих специалистов фирм в области ИНК,
причем по ходу изложения автор будет давать как собственные оценки тех или иных работ,
так и сопоставлять их с отечественным уровнем в данной области. Автор обзора будет
также комментировать тенденции развития тех или иных направлений ИНК.
Эти соображения требуют пояснений.
1. Библиотечное дело в нашей стране находится в столь вопиюще безобразном состоянии, что ра
в отечественных библиотеках весьма затруднительна и для сбора достаточно полной библиогра
необходимо выходить через электронные сети в международные биб- лиографические базы данны
настоящее время это резко подняло бы стоимость обзора (10-20 раз), однако в дальнейшем эта ра
планируется.
2. Главными изданиями по указанной тематике являются следующие: Симпозиумы SPWLA (So
of Petroleum Well Log Analysts - проводится ежегодно один американский и несколько региональ
симпозиумов), симпозиумы SPE ( Society of Petroleum Engineers - периодичность аналогичная),
(Society of Exploration Geophysists - имеется небольшое количество работ по каротажу).
Помимо трудов указанных симпозиумов многие доклады (но не все) печатаются в журналах :
Analyst, Nuclear Geophysics, Geophysics, SPE leading edge, SPE formation evaluation, Proceeding
Nucl. Society и др. Эти издания попадают в Москву эпизодически, реферируются в РЖгеологи
РЖгеофизика от случая к случаю, поэтому приходится ограничиваться лишь главными работ
определяющими лицо ИНК в настоящее время. Основные статьи, фирменные материалы, патент
другая информация, отраженная в обзоре, составляет собственную базу данных автора.
3. Если ранее в зарубежных публикациях ссылки на советские работы были эпизодическими
сейчас они стали и вовсе случайными. Причины этого прискорбного факта требуют отдельного анал
Возможно, одна из причин состоит в нашей самоизоляции и представлении на международ
семинары показушных обзоров типа [34,35]. Другая причина бесспорно состоит в том, что мы утрат
лидирующие позиции в ядерной геофизике.
Поэтому при составлении обзора автор по возможности старался восстанавливать отечествен
приоритеты, давать сопоставительный анализ отечественных и зарубежных достижений, что и де
этот обзор аналитическим. Кроме того, такой подход специально оговорен заказчиками обзора.
Обзоры состояния ИНК в предшествующие годы (до 1985 г.) можно найти в монографиях и обз
[1,2,28].
В данной работе самым существенным образом будут использованы два различных об
специалистов Mobil Research and Development Corp. за 1990 и 91 гг [3,16] и обзор специал
исследовательского центра Schlumberger - Doll Research Center [4].
В противоположность устоявшимся стандартам в такого рода обзорах, автор будет следовать т
рубрикации:
I. Генераторы нейтронов нового поколения; параметры, расчетное сопровождение, сист
регистрации и преобразования информации.
II. Генераторы нейтронов нового поколения; экспериментальная проработка, вопросы метроло
примеры применений на нефтегазовых объектах.
III.Резюме. Библиография.
*
*
*
I. Генераторы нейтронов нового поколения; параметры, расчетное сопровождение, сист
регистрации и преобразования информации.
Компания Шлюмберже выпустила новый двухимпульсный двухзондовый генератор нейтро
реализующий спектральный режим регистрации
гамма-квантов (СИНГК), фирменное назв
Dual-Burst-Thermal Decay Time TDT-P [5,6,7].
Он выпущен на смену генераторам нейтронов этой компании предшествующих поколений:
(1970 г.), TDT-K (1974 г. - двухдетекторный прибор для одновременного измерения декремента
пористости), TDT-M (1980 г. - прибор повышенной точности, пригодный для количествен
определений со сменой насыщения (каротаж -воздействие - каротаж).
Временной режим измерений с этим генератором следующий. После короткого импульса генера
нейтронов 20 мкс и задержки 18 мкс следует подряд 5 временных окон для регистрации гамма-излуч
(мкс) : 22, 28, 50, 97, 153. Затем следует широкий импульс нейтронов 160 мкс и после задержки 60
следует 8 окон увеличивающейся длительности (мкс) : 14, 18, 40, 76, 125, 210, 340, 449. Полный ц
составляет 1880 мкс. После 128 циклов следует пауза 3 мс (полное поглощение излучения радиацион
захвата), после которой в окне 15 мс измеряется естественный и активационный фон гамма-излуч
для внесения соответствующих поправок. (Во время пауз генератор типа минитрон выключен). Та
образом, частота работы генератора составляет примерно 500 пар имп/сек. Следует заметить, чт
статьях [5,6] указаны несколько различные временные параметры, но эти различия незначительны.
этом указано, что временной анализатор прибора имеет всего 16 каналов. Такой выбор режи
регистрации обеспечивает равноточность измерений, облегчает коррекцию просчетов и упрощ
алгоритмы обработки информации.
Эта исходная информация (2 набора для каждого из 2-х зондов, фоновые измерения) накаплива
в буфере прибора, затем с помощью двухсторонней телеметрии передается на поверхность со скорос
10 кБод.
На поверхности с помощью бортового процессора с торговой маркой CSU производится архи
запись исходной информации а также обработка ее с целью формирования набора интерпретацион
файлов.
Обработка исходит из приближенного представления сигнала в
форме двух экспонент:
(1)
где А - амплитуда ближней и дальней ветви кривой,
- соответствующие времена жизни (early и late).
Развивается и более сложное теоретическое представление, в котором фигурируют время жи
нейтронов в пласте и скважине ,
и соответствующие диффузионные члены N , N ,описывающие диффузионный перенос тепло
нейтронов. В обработке информации участвуют также отношение скоростей счета после широкого
(wider) и короткого S (short) нейтронного импульсов
(2)
а также отношения компонент сигнала скважины и пласта для короткого и широкого импульсов
(3а)
(3b)
(параметр
не расшифрован).
Детали алгоритмов не расшифровываются, поскольку они, по-видимому, составляют пред
фирменной коммерческой тайны, и зашиваются в системы компьютерной интерпретации. Аналогич
образом поступают и другие компании.
Из качественных описаний следует, что имеет место соответствующим образом организован
итерационный процесс разделения декрементов для каждого зонда и каждого сигнала с последую
коррекцией диффузионного переноса. Критерием завершения итерационного процесса является вых
предельным (неулучшаемым) значениям.
Проверка качества вычислений в дальнейшем выполняется экспериментально. Например, вр
жизни
оказывается практически независящим от изменения диаметра скважины (229 - 305 м
скорости каротажа (да 550 м/ч).
Далее процесс обработки исходных записей на бортовом компьютере состоит в формирова
набора файлов, в которых использованы соотношения (1-3). При записи общепринятыми являю
величины макросечений захвата в единицах захвата (capture unit =c.u. -3 -1 1 c.u. = 10 cм ). Для перес
времени жизни теплового нейтрона
в макросечение захвата
= МЗ удобна формула
4.545
МЗ = ------- c.u.
(4)
(мс)
Формируются следующие файлы (записи):
SIGM - истинное макросечение захвата (МЗ) тепловых нейтронов
в породе (СИГМА), измеренное в единицах захвата (c.u.);
SDSI - стандартное отклонение для SIGM, определяющее погрешность основного измеряемого параметра;
SFFD и SFND - МЗ породы соответственно на дальнем и ближнем
зонде; внесена диффузионная поправка, но влияние скважины не
скомпенсировано;
SIBH - МЗ скважины, исправленное на влияние породы;
SIGC - разность между SFFD и SIGM (диффузионная поправка);
TSCF и TSCN - полная скорость счета соответственно на большом
и малом зонде;
TRAT (=TSCF/TSCN) - отношение этих величин;
TPHI - пористость пласта, вычисленная по совокупности всех
величин;
FBAC - гамма-фон, измеренный на дальнем зонде (включая активацию);
TCAF - полная скорость счета большого зонда, используемая для
оценки поглотителей, отклонения прибора от стенки скважины, скорости каротажа и т.д.;
TNFD - скорость счета, соответствующая неупругому рассеянию
нейтронов;
ISHU и MMOF - технические характеристики, используемые для
контроля работы и мониторирования генератора нейтронов.
Данный набор файлов позволяет реализовать большинство операций ИНК :1) определить МЗ пл
и диффузионную поправку к этой величине, связанную с пористостью, 2) оценить гамма-фо
активацию, 3) оценить вклад неупругого рассеяния. Помимо этого оцениваются технические параме
работы генератора (мониторирование). Важно заметить, что общепринятым является формиров
файла стандартной погрешности МЗ (SDSI) как интегральной характеристики качества записан
информации. Избыточность представляется умышленной, что позволяет осуществлять взаим
контроль и частично восстанавливать утраченные сегменты.
Из представленных рекламных материалов [5,6,7] следует высокая помехоустойчивость сист
обработки каротажной информации:
1) смена заполнения обсаженной скважины (вместо пресной воды соленая) не влияет на форму SIGM
2) увеличение скорости каротажа почти не увеличивает погрешность определения SIGM.
Приведены также примеры выделения газоносных прослоев в обсаженной скважине по кривой S
, определение притоков нефти, причем выделение этих интервалов более надежно, нежел
генераторами предшествующих поколений (TDT-MA).
В традициях компании Schlumberger не сообщать деталей о расчетном сопровождении проц
создания аппаратуры. Тем не менее из работ [5,6] следует, что процесс создания генератора TD
сопровождался двумерным моделированием в диффузионном приближении (программа DOT), а та
высокоточным многомерным моделированием Монте-Карло с помощью реакторной программы MC
реализо ванной на компьютере VAX.
При создании системы интерпретации существенным образом учтены результаты гру
А.Л.Поляченко [36]. Расчеты опираются на новейшую библиотеку оцененных ядерных данных ENDF
для оценок петрофизических параметров создана специальная программа SNUPAR. Таким обра
расчетная основа процесса создания генератора является самой современной.
*
*
*
Двухзондовый генератор нейтронов нового поколения компании Western Atlas Internati
(которая, как известно, образована в 1988 г. слиянием Dresser Atlas и Western International) н
фирменное название РDK -100 [8,9].
Его параметры: диаметр 42,8 мм, длина 9.75 м, максимальная температура 150 С, давление
МПа. Режим регистрации нестационарных спектров гамма-излучения детально не приведен, од
основные характеристики следующие. Цикл-импульс нейтронов - временная регистрация - занима
мс, после 28 циклов следует пауза длиной 4 мс для измерения фонов гамма-излучения. Час
генератора 1 кГц. Система временного анализа включает 100 канальный временной анализато
шириной окна 10 мкс, посредством которого формируется 14 измерительных окон различной ширины
Магнитная запись исходной каротажной информации преобразуется в две системы файло
условными названиями PRIMARY и SECONDARYPRESENTATIONS.
Первая система содержит следующие файлы (записи):
BKS и BKL - фоновые скорости счета соответственно на малом и
большом зонде, используемые для коррекции скоростей счета, оценки притоков в эксплуатационной скважине, оценки перетоков за колонной (например, в случае использования радиоактивных индикаторов), оценки активации и т.д.
SGMA ( ) - макросечение захвата (МЗ) пласта, исправленное на
все виды помех.
MSD - измеренное стандартное отклонение для SGMA (показатель
качества каротажа).
G1,G2 - скорости счета в окнах 400 - 700 мкс и 700 - 1000 мкс
как индикаторы пористости и газонасыщенности.
GR и CCL - стандартный канал ГК и локатор муфт для привязки
измерений в обсаженных скважинах.
RATO - отношение скоростей счета на большом и малом зондах.
Этот файл использован для образования производного файла PHI пористости пород.
MON - файл для контроля стабильности выхода генератора (измеряемый параметр для мониторирования выхода не указан).
Вторичный набор файлов содержит некоторые из вышеупомянутых файлов (что делается,
видимому, для создания избыточности информации и возможности ее восстановления): SGMA, M
GR, CCL .
RBOR - файл гамма-излучения захвата медленных нейтронов, который используется для оценки минерализации скважинной жидкости,
оценки контактов жидкостей в скважине, особенностей обсадки и
т.д.
RIN - отношение потоков гамма-излучения неупругого рассеяния
на малом и большом зондах (детальный анализ ближней зоны).
SS, LS - полные скорости счета на малом и большом зондах.
Заметим, что наличие в каждом из наборов файлов GR, CCL понятно. По этим файлам удобно при комплексной интерпретации совмещать различные наборы (комплексы) как в необсаженной, так и в
обсаженной скважине.
Возможности применения разработанной аппаратуры иллюстрируются следующими примерами.
1. Кривая пористости PHI, записанная прибором TDK-100, эквивалентна кривой, записанной стандартным двухзондовым прибором CN
той же фирмы;
2. Показана возможность определения пористости породы по времени замедления нейтронов (что требует достаточно короткого нейтронного импульса);
3. Каротаж через обсадные трубы, четко фиксирующий башмак обсадки; каротаж в буровых трубах в осложненных условиях и т.д.
*
*
*
Двухзондовый генератор нейтронов нового поколения TMD компании Halliburton Log Ser
(которая образована в 1988 г. слиянием Gearhart Industry и Halliburton Comp.) характеризу
следующими основными характеристиками [10-12]. Частота генератора -1250 Гц, ширина нейтрон
импульса 60 мкс, интервал временной регистрации 800 мкс. После 125 импульсов следует п
шириной 60 мс, из которых 55 мс используются при выключенном генераторе для измерения гамма-ф
на малом и большом зонде. Временной режим измерений включает 6-оконную регистрацию, приче
первых узких окна находятся в интервале 200 мкс В этом приборе также записывается вся исхо
информация, а
затем вычисляется система следующих файлов:
,
- вычисленные посредством исключения всех
мешающих факторов сигма-пласта (макросечения захвата тепловых
нейтронов), основанные на измерениях большим LS и малым SS зондами.
- сигма-пласта (МЗ) скорректированное на диффузионный
эффект различий на двух зондах, измеренное в единицах захвата
(c.u.)
- та же величина сигма-пласта, скорректированная на
эффект скважины (c.u.).
(G3-6) SS ,(G3-6) LS - скорости счета в 3-6 временных окнах,
скорректированные на просчеты и фон, и измеренные на малом и
большом зондах.
R - отношение этих величин.
LS-BKS, SS-BKS - фоны гамма-излучения, измеренные во время
пауз.
G4 error - параметр , характеризующий качество разделения
временных кривых на две экспоненты (скважины и пласта).
G4= 1 - G4 calc/ G4 meas, причем G4calc вычисляется, исходя
из вычисленных значений сигма пласта и скважины (сумма экспонент), а G4meas - аналогичная величина (измеренная).
G4 error - должно быть в пределах ё0.04, что свидетельствует
о качественном разделении экспонент. Превышение этого предела
свидетельствует о некачественной работе генератора.
qual = G6 calc / G6 meas - отношение вычисленной и измеренной скоростей счета в послед
(широком) окне, характеризующем сигма-пласта. Этот параметр используется для оценки качества
измерений в условиях низкой минерализации. ( Приемлимые значения
0.95 = qual =1). В разрезах с высокой минерализацией качество
измерений удобнее оценивать с помощью R
.
(A
) SS - синтетический параметр, отражающий вклад скважины во временное распределение на малом зонде (имп/с).
CCL - локатор муфт (физическая основа не раскрывается).
GAMMA - канал ГК, калиброванный в единицах API (Amer. Petr.Inst.).
Из этого списка файлов формируются также два набора, используемые как для оценки качества измерений и оперативной интерпретации, так и для последующей комплексной интерпретации.
Первый набор PRIMARY содержит: 1) GAMMA, 2) CCL, 3) qual,
4) R , 5)
, 6) G(3-6)SS, 7) G(3-6)LS, 8)
.
Второй набор QUALITY содержит: 1) GAMMA, 2) CCL, 3) qual,
4) G4error, 5) R
, 6) (A
)SS, 7)
, 8)
,
9) SS-BKG, 10) LS-BKG.
Как и в предыдущих моделях, GAMMA, CCL - в обоих наборах присутствует для привязки, а избыточность наборов позволяет восстановить некоторые характеристики.
Все перечисленные выше типы генераторов относятся к типу ИНГК
(возможно, со спектрометрической регистрацией), а также с реализацией С/О каротажа, активации на быстрых и тепловых нейтронах
(O, Al - каротаж) и т.д.
Приводимые ниже типы приборов реализуют ИННК каротаж и предназначены только для определения пористости.
*
*
*
Компания Gearhart Industry разрабатывала в 1986 г. специализированный двухзондовый генер
нейтронов для измерения пористости пород с помощью надтепловых нейтронов [12]. Как извес
нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам обладает большей чувствительностью к пористос
подвержен меньшему влиянию нейтронных поглотителей. Однако ННКН имеет меньшую скорость с
и сильнее чем ННКГ зависит от изменений диаметра скважины. Совокупность этих факторов
настоящего времени не давала преимуществ ННКН перед ННКТ.
Использование генератора нейтронов марки CNG-X, по мнению авторов работы [12], дает но
решающие преимущества для надтепловой регистрации нейтронов:
1) увеличение начальной энергии нейтронов до 14 МэВ снижает мешающее влияние скважины
приемлемых величин;
2) увеличение выхода генераторов до 10**8 н/с (безопасное для персонала в отличие
использования стационарных нейтронных источников) компенсирует падение эффективности детекто
в над тепловой области;
3) оптимизация зондового устройства (частичное экранирование от скважины , использов
гелиевых счетчиков высокого давления) позволяет получить близкий к линейному градуировоч
график, незначительно отличающийся от графика для стационарного прибора (в данном случае при
CNT-K той же фирмы). В частности, по оценкам авторов прибора, использование Не-3 счетч
высокого давления, использование детектора большого зонда достаточно большого объ
увеличение выхода источника в 4 раза против выхода аналогичного стационарного прибора приводи
тому, что чувствительность генератора к пористости составляет не менее 2/3 чувствительности CNT-K
Созданный макет CNG-X имеет следующие основные характеристики. Нейтронный выход состав
(1 – 5)*10 **8 н/с. Сведения о временных режимах и частоте не приведены (по-видимому, час
превышает 1 кГц). Получены модельные измерения влияния отклонения прибора от стенки и влия
диаметра, сопоставленные с расчетами. (Исследовательский центр в Остине, Техас). Приведены та
измерения на эталонных скважинах, проведенные на скоростях записи 91.5 м/ч и 549 м/ч
сопоставленные со стационарными аналогами. Сходимость
Измерения в обсаженных скважинах не представлены.
*
*
результатов признана приемле
*
В работах специалистов исследовательской компании Mobil Research and Development Comp
18] в течении последних лет развивается направление, основанное на применении генерат
нейтронов для определения пористости с использованием времени замедления нейтронов.
Известно, что среднее время замедления t до некоторой энергии Е(эВ) приближенно определя
замедляющей способностью породы
-1
t=(
V (E ))
s
где
- замедляющая способность, V(E) - скорость нейтрона, соответствующая энергии Е.
На этом эффекте было основано одно из первых авторских свидетельств ВНИИЯГГ в этой област
1965 г.[20]. Метод обладал достаточно высокой чувствительностью к пористости, однако
проведения измерений, по нашим оценкам, требовались короткоимпульсный генератор (5-10 м
малые времена задержки (5-10 мкс) и временной анализатор с шириной окна 2-3 мкс. Реализация
режимов в то время представлялась проблематичной, поэтому метод был ориентирован на руд
объекты (определение нейтронных поглотителей), где встречаются среды с малой влажностью
режимы временных измерений не такие жесткие. Количественные оценки этих эффектов приведен
нашей публикации [19], причем они вызвали интерес специалистов компании Mobil [17]. Послед
провели серию экспериментальных работ, в которых показали, что существуют реальные возможн
определения пористости по времени замедления надтепловых нейтронов.
Создан опытно-промышленный макет однозондового прибора ИННК с фирменным названием P
Генератор (тип не указан) имеет длительность импульса 16 мкс, работает на частоте 5 кГц, имеет
канальный временной анализатор с шириной окна 1 мкс. Размеры зонда - 30 см, причем информ
накапливается в буфере памяти при шаге квантования по глубине 15.2см. Обработка информа
выполняется на устье и запись показаний проводится в единицах пористости. Детектор представ
собой оптимизированную конструкцию и состоит из 3-х параллельно расположенных счетчи
прижатых к стенке породы и экранированных со стороны скважины борированным полиэтиле
(общий диаметр корпуса прибора 9.5 см). Каждый счетчик имеет диаметр 1.11 см, покрыт фольго
гадолиния толщиной 0.015 см, наполнен Не-3 под давлением 10 атм. Пороговая
эне
регистрируемых нейтронов считается равной 0.08эВ.
Разработка этого генератора сопровождалась очень солидными объемами вычислитель
эксперимента Монте Карло. Вначале было предпринято моделирование в приближении однород
среды (сферически симметричное), затем полномасштабное 4-х мерное
моделирование
пространственные координаты и время), в котором детально учтена конструкция прижимного генерат
блока генерирования и других элементов. Для расчетов использована известная программа M
(версия 3А), созданная в Лос-Аламосе для расчета задач физики реакторов и защиты.
Она адаптирована для современных рабочих станций Sun microsystem 3/160. Необходим
проводить достаточно точные расчеты (2-5% погрешности) требовала затрат времени от 5 до 30 ча
вариант. (Для сравнения заметим, что наилучшие геофизические специализированные программы М
Карло требуют 1-3 час на вариант аналогичной задачи).
Как можно понять, большие объемы вычислений на предварительном этапе потребовались для т
чтобы оптимизировать конструкцию генератора (блок детектирования) и уменьшить объемы физичес
моделирования. Расчеты показали, что физика нестационарного замедления нейтронов имеет некото
аналогии с нестационарной диффузией. Регистрируемая кривая распадается на две экспоне
замедление в скважине (по терминологии авторов, время жизни надтепловых нейтронов в скваж
равное 2.7 мкс) и замедление в пласте (от 2.8 до 40 мкс в зависимости от пористос
Чувствительность метода (примерно 13% на 1% пористости абс.) находится на уровне приборов НН
однако стоимость намного выше, реальная помехоустойчивость пока неизвестна, поэтому неизвест
суммарная погрешность.
Специалисты компании Mobil помимо обзора [3] для очередной конференции МАГАТЭ
применению ядерной геофизики в нефтяной промышленности подготовили обзор [16] для жур
Nucl. Geophys. В этом обзоре упомянуты другие варианты регистрации нестационарных полей быст
нейтронов (быстрых, промежуточных, медленных и их суперпозиций), однако промышлен
генераторов данного типа пока не выпущено.
В реферируемой литературе нет подробного описания устройств нейтронных трубок. (Упомян
что компания Шлюмберже использует трубку с фирменным названием Minitron). Имеется в литера
только краткое описание трубки Zetatron, разработанной по заданию НАСА для возмож
элементного анализа грунта во время американских экспедиций на Луну [21]. Размеры излуча
38х126мм. Трубки изготовляли две фирмы : GEND и KAMAN. Испытания 11 трубок показали,
средний рабочий ресурс 152 ч, среднее время
11
6
хранения - 2 года, нейтронный выход 8*10**11 н/с, (6*10**6 н/импульс)
Сведений о современном скважинном применении этого излучателя нет, хотя ранее такие свед
публиковались.
В литературе имеются упоминания о применении генераторов нейтронов и современ
спектрометрических каналов регистрации (германат висмута BGO и скважинный полупроводнико
детектор (ППД)). Примеры применений будут приведены ниже.
II. Экспериментально-методическая проработка ИНК; экспериментальная проработка, вопр
метрологии и примеры применений ИНК.
Разработка нового поколения аппаратуры ИНК в США традиционно сопровождалась значительн
объемами экспериментального моделирования (на моделях пластов, эталонных скважинах и на образц
причем и процесс моделирования и полученные результаты настолько поучительны, что заслужив
отдельного рассмотрения.
Старейший американский геофизик С.Титтл в работе [26] отмечает следующие системы контрол
калибровочных и градуировочных мероприятий, желательные, по его мнению, в США (в на
терминологии называемые метрологией):
1. Полная система моделей, охватывающая основные типы литологии (известняк, песчаник, долом
основные номиналы диаметров, наличие и отсутствие обсадки, возможность менять заполнен
скважине;
2. Эталонные скважины с полным отбором керна при наличии детального анализа литоло
коллекторных свойств и насыщения;
3. Исследования в действующих скважинах с полным отбором и анализом керна и последую
привязкой керна и каротажа (многими возможными способами), или использованием различ
вариантов опорных пластов.
Далее описана история развития модельного полигона коллективного пользования в г. Хьюс
(Университет и Американский нефтяной институт (API) г. Хьюстона, Техас, США). Полигон построе
средства группы ведущих нефтяных компаний США, причем 1-я очередь сооружена в 1959 г. Д
построены 4 модели для спектрометрического ГК и набор нейтронных моделей. Перед проектирован
нейтронных моделей выполнены расчеты глубинности (различными группами), чтобы опреде
минимальные размеры модельных блоков и отражателей. Модели сооружены в грунте (отражат
причем внешний диаметр модели равен 183 см, высота каждого блока также 183 см, имеется емкос
пресной водой (над модельными блоками, что гарантирует одинаковое насыщение). Блоки выполнен
мрамора свиты Carthage (1.9% пористости),известняка свиты Индиана (19%), известняка (мела) св
Остин (26%). Диаметр скважины - 200 мм. Плотность матрицы этих пород равна соответственно 2.
2.688; 2.707 г/см ,(что ниже нормативной величины 2.71
г/см ). В качестве недостатка С. Титтлом отмечено, что при сооружении моделей (30 лет назад) не б
отобраны образцы для последующего определения макросечения захвата (МЗ или сигма-пла
Имеются также модели насыпного песка свиты Оттава. Все модели имеют большой зумпф (неско
метров) для калибровки нейтронных приборов каротажа в процессе бурения (в последних нейтрон
зонд расположен на буровой трубе в 2-3 м над долотом).
Принята программа расширения модельного парка API (промежуточные значения пористости, б
широкий набор литологии)
применительно как раз к задачам ИНК. На этот счет имею
соответствующие рекомендации метрологического комитета API.
Интересно заметить, что многократные и многочисленные попытки применить для моделиров
теорию подобия, несмотря на широкую рекламу на начальном этапе, нигде не дали удовлетворитель
результатов [26]. В этой работе содержится анализ погрешностей измерений на моделях, получен
различными авторами.
При проведении серии модельных измерений ИНК (также впрочем, как и прецизионных измере
двухзондового ННК)) выявились неустранимые различия результатов измерений и расчетов, в кото
был заложен состав моделей, основанный на полуколичественных спектральных анализах.
Оказалось, что измеренная в мраморе величина сигма отличалась от расчетной примерно на 1
Было проведено несколько серий прецизионных измерений, затем выполнено несколько серий расч
с помощью различных программ, используемых в ядерной физике, но различия для первой ср
устранить не удалось (в двух других средах все результаты оказались в хорошем согласии).
выполнен тщательный повторный анализ состава моделей (включая реакторный активацион
анализ), который выявил в мраморе 0.003% бора. Новая серия расчетов по независимым програм
(Монте-Карло, дискретные ординаты) с учетом бора обнаружила совпадение расчетов между собой
экспериментом.
*
*
*
По моему субъективному ощущению, этот факт самым существенным образом отразился
изменении подходов английских и, особенно, американских специалистов к расчетной проработке но
методов и средств проведения каротажа нефтегазовых скважин.
1. Резко возросло количество расчетных работ, отражающих различие стороны компьютер
сопровождения разработки (решение прямых задач, оптимизация аппаратуры, решение обратных за
создание интерпретационных алгоритмов и т.д.). Если в 1970-80гг. общее количество теоретиче
работ вряд ли превышало 15-20, то только в 1984-91 гг. количество работ, имеющих отношени
компьютерному моделированию, превысило 150 (более точные цифры назвать затруднительно). М
подготавливается специальный обзор на эту тему. [Лухминский Б.Е. Компьютерное моделирован
развитии импульсных и спектрометрических исследований скважин. Аналитический обзор
зарубежным данным за 1984-91 гг.]
2. Осознано, что количественная интерпретация ИНК на хорошем количественном уровне (1
невозможна без детального знания макросечения породы и ее насыщения. А эту величину невозмо
получить расчетным путем, и требуется экспериментальное ее определение на малых образ
Количество публикаций по различным приемам определения МЗ малых образцов продолжает нараст
3. При проектировании новых моделей пластов развивается "новая философия моделирован
которая для создания новых моделей предполагает использование химически чистых аналогов гор
пород (известняка, песчаника и т.д.) в технологически удобном виде
(например, в форме кирпичей) с произвольной пористостью, допускающей смену любого насыще
Предполагается разумное сочетание экспериментального моделирования (которое неизбежно б
дорогим) и компьютерного моделирования методом Монте-Карло, которое с каждым годом станов
все более дешевым [22-25].
Следует сказать, что эту программу никак нельзя назвать полностью оригинальной. Во ВНИИЯГ
70 гг. существовало мощное компьютерное сопровождение ядерно-геофизических задач, м
оценки сигма-образцов пород был также разработан во ВНИИЯГГ (но потом заброшен), си
модельных и расчетных методов применялся и ранее (ТЭП и др.). Соответствующие ссылки легко най
трудах последней конференции по ядерной геофизике (г. Обнинск 1990 г.).
*
*
*
Развитие применений ИНК в Европе, главным образом на Северном море, также потребо
сооружения модельного полигона.
Вначале был сооружен так называемый демонстрационный полигон в Winfrith под наблюден
Агенства по атомной энергии Англии [25]. Полигон SPARTAN расположен рядом с исследовательс
реактором NESTOR. Сооружены 4 емкости размерами 3 м (высота) х 2.2 м (диаметр). Одна из мод
герметизирована и допускает смену насыщения под вакуумом (в течене 100 часов). Предварител
выполнена обширная серия расчетов по различным программам, которая позволила выб
двухслойный тип моделей (внутри блок породы диаметром 200 см, снаружи вода в качестве отражат
В качестве материалов выбраны песчаники свиты Оттава и Clashach мрамор свиты Carthage
различных блока).
С помощью реактора определены макросечения ,и концентрации различных нейтрон
поглотителей (бор, гадоний, самарий). Одна из моделей построена из огнеупорного кирпича (кварце
состава) с сильно меняющейся пористостью (22; 30; 55%). Сопоставительный анализ эксперимент
расчетов дан в работе [22].
В обзоре [16] сообщено о строительстве большого модельного полигона EUROPA в Аберд
(Шотландия), реализуемого по заказу консорциума ведущих геофизических и нефтяных компаний С
и Англии. Они также допускают измерения различными нейтронными зондами (включая карота
процессе бурения). Предполагается широкий набор литологий.
В обзоре [16] появилось сообщение о новом типе гетерогенных нейтронных моделей компа
Atlas: набор стеклянных пластин (толщина не сообщается) может иметь меняющийся зазор,
позволяет моделировать переменную пористость (и насыщение). Заметим также, что гетероген
модели обязательно потребуют больших объемов прецизионных расчетов Мщнте-Карло для различ
ядерных методов (ННК, ИННК, ИНГК, ГГК), чтобы обосновать эффективные параметры (пористо
плотность). Подобные расчеты были выполнены во ВНИГИК (В.А. Велижанин), чтобы обосно
гетерогенные модели слоистого типа.
Экспериментальная петрофизика ИНК в настоящее время включает определение МЗ (сигма пор
на образцах, длины замедления Ls в моделях и пористости (коэффициента диффузии (D)
погрешностью не хуже 2-3%).
Уже давно у нас в стране было найдено [28], что количественная геологическая интерпретация И
невозможна без экспериментального определения сигма-породы (МЗ) на образцах. Этот вы
подкреплялся двумя главными соображениями:
1. В породе всегда присутствуют микроколичества (иногда макроколичества) сильных нейтрон
поглотителей (бор, кадмий, редкие земли и т.д.), суммарный вклад которых в сигма превышает 2
Их раздельное экспериментальное определение представляет собой чрезвычайно трудную и доро
задачу, так как геохимический анализ требует предварительного знания группы элементов. Реактор
активационный анализ постоянно дорожает из-за закрытия исследовательских реакторов.
2. Невозможно заранее оценить минеральные формы для этих элементов, а следовательно, и разм
минеральных зерен и эффекты самоэкранирования, влияющие на сигма-пласта.
При определении же сигма на образцах все эти эффекты автоматически учитываются, прич
требуемой форме, адекватно задаче. После первой работы В.В. Миллера [29], в которой разработ
основные методики, советские публикации практически прекратились, тогда как поток зарубеж
публикаций постоянно нарастает. Среди них наиболее важными являются американские и поль
публикации, обзор которых содержится в работах Я.Чубека [31,32].
Хорошо известно следующее [27]: при измерениях нестационарных полей в ограниченных объе
вещества имеет место разложение
Дарделла:
-1
2
4
=
+ Do B - C B + ...,
-1
где
- дектемент с , Do - коэффициент диффузии тепловых нейтронов, С - коэффиц
диффузионного охлаждения, В - геометричес-2
кий фактор [см ] указанного объема, который для объемов простой
формы (цилиндр, параллелепипед) имеет аналитическое выражение.
2
Знание величины Do, B , C (часто полагают С = 0) и измерение
позволяет определить . Для измерений , как правило, образуют ряд наблюдений (или меняют размеры замедлителя, или изменяют коэффициент диффузии "отравлением" модели ). Как правило, для
оптимизации установки проводят серию компьютерного моделирования, адекватно воспроизводя геометрию.
Сейчас стало очевидным, что для таких установок (как и остальных ядерно-геофизиче
лабораторных приборов) нужна своя метрология (стандартные образцы состава). Из обзора [30] след
средние значения погрешностей измерений (в единицах захвата
-3
-1
ед.= 10
см ):
абсолютный метод
0.8 - 1.8 ед.
относительный метод 0.5 - 0.9 ед.
Те же методы, примененные к оценке насыщения пористого образца,
дают:
абсолютный метод
0.5 - 1.0 ед.
относительный метод 0.3 - 0.5 ед.
В этом же обзоре сопоставляется большое количество разнородных измерений различных авто
Недавно появилась еще одна работа этой польской группы [32], в которой предпринята обширная с
измерений стандартных образцов различных стран мира (включая образцы ВНИИЯГГ), чт
сопоставить точности различных лабораторных групп.
Вообще говоря, для определения МЗ могут быть привлечены и стационарные методы [27], даю
меньшую точность. В качестве примера расширения географии ядерно-геофизических приложе
упомянем вьетнамскую работу [33], в которой для определения МЗ используется стационар
источник. Как и следует из теоретических соображений [27], погрешность измерений оказа
значительной (ё 12%), что неприемлемо для современного уровня ИНК.
*
*
*
Экспериментальные работы, сопровождавшие процесс создания генератора TDT-P (Schlumber
состояли в следующем. Были созданы две модели песчаника с пористостью 15 и 33%, пересечен
необсаженной скважиной диаметром 203 и 305 мм. Для этих же моделей использованы также различ
конструкции обсадки: 158 мм и 140 мм в первом случае и 244.5 мм во втором. Были созд
специальные модели песчаника с пористостью 14.6 и 33.3% для моделирования процессов со сме
насыщения (каротаж-воздействие- каротаж). Использованы два раствора (25 и 120 г/кг, сигма соответственно 30.74 и 66.51 c.u.). Конструк
скважины: диаметр - 254мм, диаметр обсадки - 193.7 мм. Помимо этого выполнены измерения М
образцах кварцевых песчаников (7 образцов, сигма 5.04ё0.1c.u.), песчанистых известняков (7 образ
сигма 7.92ё0.76 c.u.), доломитов (4 образца, 6.0ё0.2 c.u.), кварца (3 образца, 5.56ё0.34 c.u.), известняк
образца, 11.73ё0.23 c.u.), чистого кремния (8 образцов, 63ё0.17 c.u., теория дает 8.57 c.u.).
Расчеты
Монте-Карло
охватывали пористость песчаника 0,7,15,23,33%, причем совпад
расчетов и измерений в точках 15 и 33% было хорошим. Далее предпринята серия расчетов в рам
диффузионной модели, причем сигма-пласта выбиралась равной
10,25,40 c.u., а сигма-скважины 60,90,120 c.u.
Совокупность измерений а также расчетный набор петрофизических параметров образует
данных Schlumberger по ИНК, содержащую 2000 единиц информации [5-7].
В литературе описано применение генератора нейтронов с двухзондовой регистрацией гам
излучения в комплексе с калифорниевым источником (cf-252) и спектрометрическим детекто
естественного гамма-излучения [1,2,42]. Прибор позволяет измерять концентрации Si, Ca, Fe, S, Ti
спектрометрией НГК, концентрации K, U, Th спектрометрией ГК и концентрацию Al посредством НА
с калифорниевым источником. Для этого используется дальний зонд генератора и специальный ре
скорости измерений. Количественная интерпретация основана на точном определении Gd, исключе
вклада активационного излучения Al и использовании каталога стандартных спектров. При
получил название Geochemical Logging Tool (GLT). Из приведенных результатов измерений в одно
скважин Северного моря следует, что прецизионный учет всех факторов позволяет полу
удовлетворительное согласие каротажа GLT и керна. В частности, удается определить Gd на ур
концентраций до 10**-4 %, титана до 1%, кальция до 5% и т.д.
Следует заметить, что идея использования каталога эталонных спектров СНГК для количествен
определения ряда элементов по разрезу скважины реализована во ВНИИЯГГ более 20 лет наза
рудных объектах.
В работе [43] сделана попытка использовать этот прибор для решения по результатам карот
геологической задачи классификации песчано-глинистых пород по классам.
Принятая
седиментологии классификация Петтиджона разбивает песчаники на кварцарениты, аркозы, граувак
т.д. Выделяются песчаники и глины, обогащенные Fe. Для классификации использую
петрохимические отношения SiO2 /Al2 O3 , FeO /K2O, причем последние получены комбинац
различных спектральных отношений активационного, захватного и естественного гамма-излуче
Приведен пример обработки материалов каротажа по геотермальной скважине Санта-Фе (Калифорн
который выполнен с помощью комплекса интерпретации Sand Class.
В работе [44] представителей Schlumberger of Canada приведена сводка применений генера
нейтронов в сборке со спектрометром GLT в обсаженных скважинах. В частности, продемонстриро
хорошая воспроизводимость кривых концентрации Fe, Ca, H, Cl, Si.
ИНГК комплексируется с акустическим цементомером для оценки технического состояния колонны
Не имея возможности перечислить все возможные применения ИНК, отметим оригинал
применение метода для локализации зон аномально высоких пластовых давлений (АВПД), характерн
например, для Мексиканского залива. Одним из распространенных приемов является построение ли
нормального уплотнения глин. Для этих целей традиционно используются КС, АК, ГГК. Сде
попытка аналогичные построения провести по ИНК (сигма-пласта).
Специалист корпорации Chevron [39] анализирует примеры применений ИНК на нефтя
месторождениях Луизианы (США). Проведены измерения в действующих эксплуатационных скважи
(на шельфе и суше) с помощью аппаратуры PDK-100, TDT-M, TMD в режиме активации быстр
нейтронами (кислородный каротаж). Для измерения активации использовали как дальний дете
генератора, так и детектор гамма-излучения, расположенный на расстоянии 4.73-5.80 м от миш
генератора. Решалась задача определения интервалов обводнения и, по возможности, велич
притока воды. Измерения проводили через насосно-компрессорные трубы в действующих скважин
непрерывном и точечном режимах. Показано, что при проведении непрерывных измерений сле
учитывать скорость подъема воды. При этом можно оценивать дебит. Приведены количествен
соотношения и примеры, показывающие возможность локализации зон притока измерениями на
зондах.
Специалисты Halliburton описали пример применения генератора TMD для сопровождения проц
интенсификации нефтеотдачи. Одно из месторождений Луизианы с 1983 г. переведено в ре
интенсификации, в котором заводнение сопровождается закачкой CO 2. Проведение режим
повторных измерений ИНК методом кислородной активации в сочетании с трехфазной дебитометр
позволяет оценить эффективность процесса интенсификации и заложить основы количествен
интерпретации измерений.
В работе [40] специалистов Dresser Atlas описано применение спектрометрического генератора N
Режим измерений позволяет записывать спектральное отношение C/O и Ca/Si для гамма-излуч
неупругого рассеяния нейтронов, а также спектральное отношение Si/Ca для радиационного захв
Использование опорных значений этих отношений в пластах с известной литологией и насыщен
позволяет построить систему количественной интерпретации, позволяющую оценить текущую
остаточную нефтенасыщенность при измерениях в обсаженных скважинах. Оценки, выполненны
месторождениях Техаса, подтверждены затем измерениями на кернах,
полученных боков
грунтоносами.
Компания Mobil Research and Development сопровождала процесс создания генератора PNP
проведения каротажа ИНК по времени замедления большими объемами экспериментальных раб
расчетами Монте-Карло.
Из приведенных измерений на моделях [13-18], сопоставленных с расчетами Монте-Карло, след
что измеряемый диапазон времени составляет 4 - 50 мкс. Для измерений использован модельный поли
в Хьюстоне (API) (известняк, песчаник, доломит, с пористостью 1.87; 18.7; 40%), а также ма
модельные блоки различной литологии и пористости 40х40х66 см); модельный полигон компании M
в Далласе (Техас). Основные особенности выполненных экспериментов содержат новые оригиналь
элементы. Кривая распределения медленных нейтронов во времени по аналогии с аналогичной кри
для тепловых нейтронов, распадается на две экспоненты: скважины и пласта. Эффективное вр
замедления (время жизни надтепловых нейтронов по терминологии авторов) в скважине составило
мкс (в воде 2.2 мкс),в пласте менялось от 2.7 до 40 мкс (с уменьшением пористости от 100 до 1.
Эксперименты выполнены на физической установке, параметры которой отличаются от параме
скважинного генератора PNP. Длительность импульса равна 2 мкс, частота 6.25 кГц (интервал измере
160 мкс). Использован спектрометр по времени пролета М541 с 256-канальным анализатором Nu
Data M6613 (ширина окна 0.125 мкс, период измерений 32 мкс).
Для измерений использован сравнительно новый сцинтилляционный детектор-германат вис
(BGO) размерами 51х51 см. Сравнительные характеристики этого детектора и преимущества
использования в спектрометрических каналах регистрации обсуждаются в
подготавливаемом мною обзоре. (Состояние и перспективы спектрометрии скважинных измере
Аналитический обзор по зарубежным данным).
*
*
*
Особый интерес вызывает применение в скважинах полупроводниковых детекторов (ПП
сочетании с генератором нейтронов, поскольку аналогичное направление развивается и в нашей ст
в течение 20 лет. Компания Princeton Gamma Tech Inc (PGT), которая теперь называется Princ
Geophysical Service Inc, выпустила третье поколение скважинной аппаратуры [45] с полупроводнико
детектором (ППД) и высокочастотным генератором нейтронов и провела серию непрерывны
точечных измерений на различных моделях для оценки возможности его применения в нефтя
промышленности. С 1970 г. было выпущено три прибора: 1 - для геологической службы США (USGS
для компании Шлюмберже. Конструкция нового прибора следующая. Детектор из сверхчис
германия имеет размеры 5.1х5.1 см (объем 100 см ). Он расположен в сосуде Дюара вместе с твер
хладоагентом. Предварительно прибор охлаждается и затем выдерживает постоянную температуру
град. С) в течение 11 час при внешней температуре 100 С (среднее время фазового пере
хладоагента). В приборе использована высокочастотная (20 кГц) нейтронная трубка нейтрон
генератора, представленная Дрессер Атлас. В приборе использованы два 4000 канальных анализат
аналого-цифровой преобразователь с временем срабатывания 12 мкс и максимальной часто
пропускания 70 кГц. В скважинном приборе размещен также буфер с емкостью 8 бит на канал (всег
К). Интервалы опроса скважинной аппаратуры - через 2 сек, причем в наземной части спек
записываются на магнитную ленту.
Аппаратура раздельно регистрирует спектры неупругого рассеяния и радиационного захвата нейтро
Длительность импульса генератора около 5 мкс, неупругое рассеяние регистрируется в окне 15
радиационное гамма-излучение - в следующем окне 35 мкс, интервал между импульсами 50
Приведена серия примеров применения аппаратуры на различных моделях и скважинах. 1) На мод
песчаников, насыщенных пресной и соленой водой, измерены спектры в 5 мин интервалах. При
разграничивает пресное и соленое насыщение при концентрации 1 г/л NaCl в модели и 2.5 г/л в реаль
скважине, против 20 г/л NaCl для NaJ-детектора. 2) Измерен спектр гамма-излучения неупру
рассеяния в парафиновом блоке толщиной 5 см, окружающем прибор. Четко разграничиваются ли
4.43 МэВ от углерода и линии 6.13 от кислорода. 3) Представлены обе серии спектров, снятые на мод
известняка и песчаника. На основе этих первых измерений предложена схема литологичес
расчленения пород и их насыщения, предлагающая измерение отношений H/Si, C/O, Si/O, C/Si. 4) Э
другие отношения проверены в серии экспериментов на моделях мрамора, известняка и писчего м
Показана расчленяющая возможность метода посредством построения кроссплотов Ca/H=f(C,C/O,C
5) Выполнена серия измерений в 8 реальных скважинах в штатах Оклахома и Калифорни
непрерывном и точечном режимах с использованием Сf-252. Представлены спектры НГК в диапазоне
МэВ и дискретные измерения Cl/H и Si/H в сопоставлении с керном. 6) При проведении измерен
генератором нейтронов приведены точечные спектры в отложениях мела, глин, а также суммар
спектры для интервала мощностью 36м. Кроссплот Ca/Si позволяет расчленять карбонатный инте
разреза.
Компания Chevron Oil Field Research Co [46] провела испытания описанной выше аппаратур
обсаженных скважинах с целью оценки перспектив этого прибора в сопровождении проце
эксплуатации нефтегазовых месторождений. Проведены методические работы с целью вы
спектральных окон для регистрации линий хлора, а также С/О отношения в обсаженных скважина
работе [47] представлена другая конфигурация скважинного генератора нейтронов и ППД детект
разработанного компанией ARCO Oil and Gas Co (Plano, Texas, USA). Длина прибора 12.46 м, диам
90 мм. Генератор Kaman A-320II, частота 1-3 кГц, выход 10**14 n/sec (!?). Детектор сверхчис
германий, эффективность 10-14% по отношению к 7.56х7.56 NaJ кристаллу. Держит температуру 100
течение 12час. Анализатор на 4096 каналов, 2 буфера (неупругое рассеяние и радиационный зах
разрешение 12 бит, загрузка канала 255. Скорость передачи данных 19.200 Бод. Приведены результ
измерений на моделях и в скважинах, из которых следует удовлетворительная сходимость кри
снятых на скорости 60 м/ч, с традиционными измерениями с NaJ детектором.
Заявляется возможность проводить количественное определение Cl, Si, Ca, S, Fe, H, K в обсажен
скважинах при непрерывных измерениях с выдачей полного спектра (4000 каналов) через каждые 61
Более точные измерения требуют дискретного режима с экспозицией в каждой точке в течение 15
Среди заявленных геофизических задач упоминается оценка водо-нефтяного контакта остаточ
нефтенасыщенности, литологических различий, сопровождение процессов гидроразрыва.
Вопросам практической интерпретации ИНК отдельно и в комплексе с другими методами карот
посвещено огромное количество работ, полностью перечислить которые нет никакой возможно
Остановимся на обзоре практических приемов интерпретации ИНК, выполненном специалистами Ex
Co. Обзор касается так называемых сложно построенных коллекторов свиты Woodbine, Cockfield
(сильно заглинизированные песчаники)[48]. В обзоре отмечено, что такая интерпретация являетс
только наукой но и искусством (а по мнению автора обзора, только такие случаи двигают интерпрета
вперед). Последнее проявляется в умении найти опорные пласты, базовые линии (минимальные
максимальные опорные параметры в разрезе)и т.д. Описано 5 приемов количественной интерпрета
ИНК: 1) правило "правой руки" разграничения пород по насыщению при условии, что глинист
остается постоянной; 2) использование кроссплота "сигма-пористость" для минерализован
пластовых вод без коррекции глинистости; 3-4) коррекция сигма матрицы на глинистос
предположении постоянства свойств глин резервуара и постоянной или переменной глинист
коллектора; 5) коррекция каротажа в предположении постоянства свойств песчанной фракци
пределах резервуара. Записана алгоритмическая реализация этих приемов.
В обширном обзоре [49], содержащем ссылки на 99 работ, дан сопоставительный анализ различ
скважинных геофизических методов оценки текущей и остаточной нефтенасыщенности с уче
различий в глубинности методов. Как и другие зарубежные обзоры, этот также демонстративн
содержит ссылок на советские работы.
Приведена сводная таблица рассмотренных методов, которая включает следующие гру
методов: 1) анализ керна; 2) каротаж-сопротивлений; 3) диэлектрический и электромагнитный каро
4) ядерно-магнитный каротаж; 5) гамма-каротаж; 6) каротаж неупругого рассеяния по схеме угле
кислородного отношения; 7) импульсный нейтронный каротаж в традиционной схеме; 8) м
индикаторов в одно- и многоскважинном вариантах; 9) скважинная гравиметрия; 10) дебитометрия.
методы применены в традиционной схеме, а также в схеме каротаж-воздействие-каротаж с различн
реагентами (вода, спецреагенты, хлорированные нефти и т.д.). Приведены парные и множествен
сопоставления методов.
Сопоставлены между собой профили остаточной нефтенасыщенности по продуктивным интерва
полученные разными методами. Выявлены и детально обсуждены различия между систем
измерений, причем внимательный читатель легко увидит, что ИНК в различных модификациях
частности, в сочетании с изотопами и LIL - Log-Injection-Log) выдвигается на центральное мес
задачах оценки остаточной нефтенасыщенности. Этим обстоятельством в конечном итоге и определя
расширение масштабов применения ИНК, несмотря на рост стоимости аппаратуры.
Резюме.
Все ведущие зарубежные геофизические компании (Schlumberger, Dresser, Halliburton) выпуст
новое поколение генераторов нейтронов (третье или четвертое в зависимости от классификации).
Технические характеристики скважинной аппаратуры характеризуются следующим:
1. Все генераторы являются высокочастотными (1 кГц и выше). Низкочастотных образцов пр
нет. С методической точки зрения это исключает необходимость бороться с перегрузками (просчетам
требует организации измерений в интервале между импульсами, равным 800 мкс и менее (без выход
асимптотический участок).
2. Основное большинство типов генераторов реализуют двухзондовый принцип измерения.
означает, что однозондовый принцип не позволяет скорректировать диффузионные поправк
определить макросечение захвата (МЗ) или сигма-пласта с точностью, требуемой современн
количественными методами интерпретации ИНК.
3. Однозондовые схемы измерений реализованы только в генераторе PNP (Mobil), где измеря
время замедления, и дифуззионные поправки не важны, и некоторых опытных образцах (PGT, GLT)
спектральные отношения автоматически корректируют диффузионные искажения.
4. Только два генератора используют режим ИННК. (PNP Mobil и DSNT-Halliburton). Осталь
аппараты используют режим ИНГК.Явно заявлено и показано на примерах, что генераторы TD
TDT-M Schlumberger и РDK-100 Dresser реализуют спектрометрические режимы неупругого рассеян
радиационного захвата.
Двухимпульсный двухзондовый генератор TDT-P позволяет более надежно разделить проце
неупругого рассеяния от процессов радиационного захвата. Однако пока еще рано считать этот генер
представителем нового поколения, так как пока неясно, можно ли этим генератором решать новый к
геофизических задач.
5. Временной режим регистрации включает набор окон увеличивающейся ширины. Это обеспечи
примерно равные статистические погрешности, надежное разделение экспоненциальных учас
пласта и скважины и определение МЗ пласта и скважины. Для TDT-P и РDK-100 временной ре
содержит паузу (выключенный генератор) для определения естественных и активационных гам
фонов.
6. В большинстве типов аппаратуры мониторируется выход генератора (принцип мониторирова
не всегда ясен) и используется компьютерный контроль основных блоков аппаратуры.
7. Скважинные генераторы конструктивно допускают наращивание узлов при создании комплекс
аппаратуры (GLT, PGT, ARCO), причем длина скважинного прибора может достигать 9-12 м. При
проблем с передачей информации не возникает. Полностью передается временной или энергетичес
спектр для записи на поверхности на магнитные носители. Скорость передачи 10-30 кБод (максимал
частота до 70 кГц). Емкость буфера скважинного прибора до 64 К. Частота опроса 2-3 сек.
8. Продолжается совершенствование скважинных ППД спектрометров для работы с генератор
нейтронов: увеличение термостойкости, выхода генератора, возможность непрерывных измере
Показана принципиальная возможность решения большинства методических задач нефтегазо
объектов. Однако масштаб практического применения этих приборов не расширяется.
9. Разработка всех новых типов генераторов сопровождается значительными объем
экспериментального моделирования (специально созданные модели, допускающие смену насыщен
различную конструкцию обсадки; эталонные скважины) и большими объемами компьютер
моделирования. Последнее реализуется на рабочих станциях VAX и SUN и в последнее врем
мощных РС. Для приближенного моделирования используются конечные разности, для прецизион
моделирования метод Монте-Карло. Оба вида моделирования образуют единую оптимальную сист
которая охватывает весь диапазоп измерения параметров задачи и аппаратуры. При моделирова
Монте-Карло используются, как правило, универсальные программы ядерной физики, кото
работают существенно медленнее (5-10 раз), чем специализированные геофизические программы.
10. Показано, что количественная интерпретация ИНК невозможна без эксперименталь
определения МЗ на образцах пород (и флюидов). Появилось много публикаций, описывающих сх
измерения МЗ а также расчет петрофизических параметров пород с использованием новейших библи
ядерных данных (ENDFB/V) и петрофизических программ (SNUPAR). Средняя погрешность измере
МЗ составляет 0.5 см (относительная), 1.0 c.u. (абсолютная).
11. Система записи измерений ИНК содержит полную магнитную запись исходной информа
(архив) и набор вспомогательных файлов (до 15 файлов). Этот набор содержит первич
информацию (скорости света в каналах, фоны, мониторирование) и вторичные файлы (МЗ пла
скважины на каждом из зондов). В набор обязательно включается какой-либо параметр каче
измерений (например, стандартное отклонение для МЗ пласта), по которому программа оценки каче
оперативно (на устье скважины) оценивает каротажный материал.
12. Системы обработки и интерпретации ИНК, как правило, теперь не описываются, поскольку
видимому, составляют коммерческую тайну. Обработка состоит в вычислении МЗ пласта и скважины
использованием, как правило, итерационных процедур), и обязательной оценки качества (наприме
помощью программ "Log Quality Control" для бортового процессора CSU Schlumberger или сист
интерпретации PLS Hallburton). Системы комплексной интерпретации каротажа имеют
выраженный фирменный характер и являются предметом отдельного разговора.
13. В кратком резюме не представляется возможным подытожить весь спектр применений ИН
нефтегазовых объектах. Наиболее важный вывод состоит в том, что ИНГК в спектрометричес
вариантах демонстрирует явное преимущество перед ИННК, состоящее в многообразии методичес
возможностей (регистрация спектров, линий, отношений гамма-излучения неупругого рассея
радиационного захвата и активации; элементный анализ пород и флюидов, оценка техничес
состояния, профилей притока в скважинах и т.д.). По этой причине масштаб применений спектромет
ИНГК несопоставимо шире ИННК.
БИБЛИОГРАФИЯ.
1. Теория нейтронных методов исследования скважин. С.А. Кантор, Д.А. Кожевников,
Поляченко и др. Недра 1985, 224 с.
2. Достижения в методах и средствах проведения каротажа скважин. Обзоры ВНИИОЭНГ, с
"Геология, геофизика и разработка нефтегазовых месторождений, N 17", С.Б. Денисов, Б.Н. Еникее
Б.Е. Лухминский и др. 1988, 69 с.
3. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C., Recent Developments in Nuclear Oil Well Logg
IAEA-SM-308/51, Vienna 5-8.06.1990, pp 2-18.
4. Schweitzer J.E. Nuclear Techniques in Oil Industry. Nucl. Geophysics. 5 N1/2,1991, pp 65-90.
5.Steinman D.K., Adolph R.A., Mahdavi M., Preeg W.A. Dual-Burst Thermal Decay Time Log
Principles. SPE Formation Evaluation,june 1988, pp 377-385.
6. Steinman D.K., Adolph R.A., Mahdavi M., Marienbach E., Preeg W.E., Wraight P.D. Dual-B
Thermal Decay Time Logging Principles, 61-Annual SPE Conf. New-Orlean 1986, SPE - 15487
7. Dual-Burst TDT-Service. Schlumberger, 1988
8. Randall R.R., Oliver D.W., Fertl W.H. The TDK-100 Enhances Interpretation Capabilities for Pu
Neutron Capture Logs 27-th SPWLA Annual Logging Symposium, june 9-13, 1976, JJJ1-JJJ16.
9. Buckanan J.c., Clearman D.K., Heidbrink L.J., Smith N.D.Jr. Application of TMD Pulsed Neu
Logs in Unusual Downhole Logging Environments. 25-th SPWLA Annual Logging Symp. june 10-13, 1
KKK1-16.
10. Precision Logging System. Welex, a Halliburton Systems 1985.
11. Quality Curves, Indicator of Excellence. Welex, a Halliburton System, 1988.
12. Gartner M.L., Schnoor C., Sinclair P. An Accelerator-Based Epithermal Neutron Por
Tool, 27-th SPWLA Ann. Log. Syst., june 9-13, 1986, UU1-UU17.
13. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C. Pulsed Neutron Porosity Logging, 29-th SPWLA
Log. Symp.,june 5-8,1988, KK1-KK21.
14. Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Die-away of Epithermal Neutron Capture Gamma
Following a Neutron Pulse, Nucl. Geophys. 5, N 1/2, 1991, pp 13-20.
15. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C. Pulsed Neutron Porosity Logging Based on Epithe
Neutron Die-away. Nucl. Geophys. 2,N 2, 1988, pp 81-93.
16. Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Advanced in Nuclear Oil Well Logging, Nucl. Geophy
5, N 3, 1991, pp 209-227.
17.Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Comment on The Monte Carlo Method in Mining Nu
Geophysics, 1. Application of Neutron Generators. (Burmistenko and Lukhminsky). ibid pp 373-376.
18. Wilson R.D., Stromsworld D.C., Mills W.R., Cook T.K. Porosity Logging Using Epithermal Neu
Lifetime Monte Carlo Simulations. Nucl. Geophysics 3, N 4, 1989, pp 323-334.
19. Burmistenko Yu.N., Lukhminsky B.E., The Monte Carlo Method in Mining Nuclear Geophysics
The Application of Neutron Generators Nucl. Geophysics 4, N 2, 1990, pp 169-182.
20. А/с N 274252 от 12.06.1965 "Нейтронно-резонансный способ элементного анализа горных по
(В.Ф. Горбунов, С.А. Денисик, Е.М. Кадисов, Б.Е.Лухминский и др).
21. Shope L.A., Berg R.S., O'Neal M.L., Barnaby B.F., The Operation and Life of the Zetatron Neu
Tube in a Borehole Logging Application, Nucl. Geophysics, Ed. C.Clayton, Pergamon Press, 1983, pp
271.
22. Butler J., Clayton C.G., A New Philosophy for Calibrating Oil Well Logging Tools Based on Neu
Transport Codes, SPWLA - 25-th Ann. Symp., june 10-13, 1984, FFF1-FFF26.
23.Sanders L.G., Kemshell P.B., Computer Modelling as an Aid to Neutron and Gamma-Ray
Interpretation, SPWLA - 25-th Ann Symp., ibid QQQ1-QQQ26.
24. Kemshell P.B., Wright W.V., Sanders L.G. Application of Monte Carlo Perturbation Methods
Neutron Porosity Logging Tool Using DUCKPOND/McBEND. ibid PPP1-PPP18.
25. Butler J., Locke J., Packwood A. A New Facility for the Investigation of Nuclear Logging Tools
their Calibration. SPWLA- 27-th Ann. Symp., june 9-13, 1986, HHH1-HHH24.
26. Tittle C.W. Model Wells for Nuclear Well Logging, Nucl. Geophysics 3, N 3, 1989, pp 193-202.
27. Бeкурц К., Виртц К., Нейтронная физика, Атомиздат 1966 г., 456 с.
28. Физические основы импульсных нейтронных методов исследования скважин, Недра, 1
г.,160 с. (Шимелевич Ю.С., Кантор, С.А., Школьников А.С. и др)
29. Миллер В.В. Атомная энергия 22, с. 33.
30. Czubek J.A. Measurement of Macroscopic Neutron Cross-Sections and Other Macroparam
of Rocks. Raport N 1281/AP, Inst. of Nucl. Physics, Kracow, 1985, p 46.
31. Czubek J.A., Drozdowicz K., Krynicka-Drozdowicz E. at al. Measurement of the Thermal Neu
Absorption Cross Section of Rock Samples. Nucl. Geophysics (ed. C.G.Clayton) Pergamon Press,
1983, pp 143-151.
32. Czubek J.A., Drozdowicz K., Gabanska B., et al. Advances in Absolute Determination of the R
Matrix Absorption Cross Section for Thermal Neutron. Nucl. Geophysics. 5, N 1/2, 1991, pp 101-107.
33. Bang V.D, Dien L.D., Hai N.Q. et al, A New Approach to the Problem of Thermal Neu
Absorption Cross Section Determination for Small Samples, Nucl. Geophysics 5, N 1/2, 1991 pp 95-100.
34. Karus E.V., Shimelevich Yu.S., Nuclear Geophysics in Prospecting, Exploration and Developme
Oil and Gas Fields, Nucl. Geophysics, ed. C. Clayton, Pergamon Press, 1983, pp 95-118.
35. Karus E.V. at al, Proc. UNIV Intern. Conf. Geneva, 1978.
36. Dunn K.-J., Diffusion Model for Pulsed Neutron Logging, Geophysics, 54 (100-113) , 1989.
37. Schlumberger Log Interpretation Principles/ Applications. Schlumberger Educational Services, 1989
38. Schlumberger Historical Charts. Schlumberger Educational Services, 1989.
39. Derosset W.H.M. Examples of Detection of Water Flow by Oxygen Activation on Pulsed Neu
Logs., 27-SPWLA, june 9-12, 1986, pp CCC.
40. Ruhovets N., Wyatt D.F. Quantitative Monitoring of Gas Flooding in Oil Bearing Reservoirs U
Pulsed Neutron Tool. XIII European Formation Evaluation Symp. oct 1990, Hungary, pp W.
41. Lawrence T.D., Scott B., Harris M. Continuons Carbon/ Oxygen and Neutron Lifetime
Proposed Interpretation for Organic and/or Shaly Depositional Environments. 25-SPWLA, june
10-13, 1983, pp QQ.
42. Grau J.A., Schweitzer J.S. Elemental Concentrations from Thermal Neutron Capture Gamma
Spectra in Geological Formations. Nucl. Geophysics 3, N 1, 1989, pp 1-9.
43. Herron M.M. Geochemical Classification of Terrigeneous Sands and Shales from Core and Log D
Journ. of Sedimentary Petrology 58, N 5, 1988, pp 820-829.
44. Edgson J.J. MacFarlane C.J. Cased Hole Logging Technique to Evaluate Reservoirs in New and
Wells. Journ. of Canadian Petroleum Technology 27, N 4, 1988, pp 30-43.
45. Baicker J.A., Sayres A., Schladale S., Dudek J., Stone J.M. Carbone/Oxigen Logging Using a Pu
Neutron Generator and Germanium Cryosonde. 26-SPWLA, june 17-20, 1985, pp BBB.
46. Neuman C.H. Test of a High-Resolution Spectroscopy Log to Measure Chlorine in a Low-Sal
Reservoir. SPE, 1986, paper N 15438.
47. Myers G.D. Practical Pulsed Neutron Spectroscopy Logging with a High Resolution Gamma
Detector. 29-SPWLA, june 5-8, 1988, pp RR.
48. Hart P.E., Pohler M.A. Pulsed Neutron Log Analysis Techniques and Results for the Gulf C
and East Texas Sandstones. 30-SPWLA, june 10-14, 1989, pp Y.
49. Chang M.M., Maerafat N.L., Tomutsa L., Honarpur M.M. Evaluation and Comparison
Residual Oil Saturation Determination Techniques. SPE Formation Evaluation, march 1988, pp 251-262.