Нейтронные методы Нейтронные методы основаны на облучении скважины и 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).

В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам – ННК-НТ нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т нейтронный гамма- каротаж – НГК ННК 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

Взаимодействие нейтронов с горными породами зависит от энергии нейтронов и от свойств самой породы Нейтроны Быстрые En>0.1 МэВ Промежуточные 1 эВ<En<0.1МэВ Тепловые En<1 эВ Замедление Процессы взаимодействия нейтронов с ядрами атомов горных пород: А) рассеяние – изменение направления движения и потеря энергии (замедление) Б) поглощение (радиационный захват) тепловых нейтронов ядрами

Упругое рассеяние – аналогично столкновению двух идеально упругих шариков, при котором ядру передается часть энергии нейтрона Максимальная потеря энергии – при взаимодействии нейтрона с ядром водорода, равным ему по массе !! Быстрые нейтроны Замедление быстрых нейтронов Диффузия тепловых нейтронов Радиационный захват тепловых нейтронов Облучение горных быстрыми нейтронами Измерения плотности тепловых нейтронов или интенсивности захватного гамма-излучения

Ls – среднее квадратичное расстояние от начала движения в породе быстрого нейтрона до точки его замедления до тепловой энергии. Основным замедлителем в горных породах является водород Ld – среднее квадратичное расстояние, которое проходит нейтрон от момента замедления до точки поглощения. Нейтронные характеристики Замедляющие: Ls –длина замедления Поглощающие: Ld – длина диффузии; - время жизни теплового нейтрона -Отрезок времени между моментом, когда быстрый нейтрон замедлился до теплового, и моментом поглощения теплового нейтрона ядром.

Сравнительные данные о нейтронных параметрах минералов различной степени аномальности МинералыL S, см, мкс Аномальные элементы в минерале Минералы с нормальными свойствами Альбит Микроклин Корунд 28,1 33,2 21, Аномально рассеивающие минералы Цоизит Пеннин Гипс 9,9 8,7 6, НННННН Аномально поглощающие минералы Галит Борацит Кобальтин Киноварь 46,7 15,2 32,3 67,8 6 0,19 5 0,6 Сl B Со Hg Минералы с аномальными L S и Ашарит Гидроборацит 8,8 6,5 0,32 Н, В Зависимость нейтронных характеристик горных пород от содержанием в них Водорода Зависимость нейтронных характеристик горных пород от содержанием в них Водорода 1 – кварцевый песчаник 2 – известняк 3 – ангидрид Еn=1.46 эВ 1 – кварцевый песчаник 2 – известняк 3 – ангидрид Еn=1.46 эВ

Содержание водорода в горных породах характеризуют: водородным индексом (водородосодержащием) w – отношение объемного содержания водорода в породе к его содержанию в пресной воде. Содержание водорода в горных породах характеризуют: водородным индексом (водородосодержащием) w – отношение объемного содержания водорода в породе к его содержанию в пресной воде. Эталонная зависимость для определения водород о содержания по данным нейтронного каротажа. W – можно рассматривать как объемное водосодержание или как объемную влажность W – можно рассматривать как объемное водосодержание или как объемную влажность НКТ – показания нейтронного каротажа по тепловым нейтронам

Нейтронный гамма каротаж заключается в регистрации вторичного (вызванного) гамма-излучения, образующегося за счёт поглощения тепловых нейтронов ядрами элементов, слагающих породу. Чем меньше плотность нейтронов, тем меньше регистрируемое гамма-излучение. Излучение нейтронов Замедление Поглощение Гамма- излучение

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 при скважинной части коллектора. Рекомендуемая скорость каротажа в терригенном разрезе до 250 м/ч. в карбонатном до 450 м/ч.

Газонасыщенные коллекторы – высокие показания НГК Нефтенасыщенные коллекторы – средние показания НГК Водонасыщенные коллекторы – небольшое увеличение показаний НГК по сравнению с нефтенасыщенными (из- за присутствия хлора – при захвате нейтронов атомами хлора выделяется большее количество гамма-квантов) При обводнении нефтесодержащих коллекторов при разработке происходит увеличение показаний (при условии обводнения минерализованной водой). При обводнении газосодержащих коллекторов при разработке происходит уменьшение показаний НГК. Определение характера насыщения:

Областями эффективного применения НК при определении пористости и литологическом расчленении разреза являются: для ННК-НТ породы с любым водородосодержащием, любыми минерализациями пластовых вод С пл и промывочной жидкости С по (в том числе с любой контрастностью С пл и С по в зоне исследования метода), при невысокой кавернозности ствола скважины; для ННК-Т - породы с любым водородосодержащием, невысокими С пл и С по (меньше г/л NaCl) и слабой контрастностью С пл и С по, для НГК породы с низким (меньше 8-12 %) водородосодержащием и любыми С пл и С по, а также породы со средним (8-20 %) водородосодержащием, если С пл и С по не превышают 100 г/л. для ННК-НТ породы с любым водородосодержащием, любыми минерализациями пластовых вод С пл и промывочной жидкости С по (в том числе с любой контрастностью С пл и С по в зоне исследования метода), при невысокой кавернозности ствола скважины; для ННК-Т - породы с любым водородосодержащием, невысокими С пл и С по (меньше г/л NaCl) и слабой контрастностью С пл и С по, для НГК породы с низким (меньше 8-12 %) водородосодержащием и любыми С пл и С по, а также породы со средним (8-20 %) водородосодержащием, если С пл и С по 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 водородосодержащием при диаметре скважины, не превышающем 200 мм; для ННК-Т - породы с водородосодержащием более 10 % при диаметре скважины, не превышающем 250 мм; для НГК - породы с водородосодержащием менее 20 %.

Импульсные нейтронные методы (ИННК) Основаны на облучении горных пород импульсными потоками быстрых нейтронов, излучаемых скважинными генераторами нейтронов, и измерении в промежутках между импульсами характеристик нестационарных полей тепловых нейтронов (ИННК) или вторичного гамма-излучения радиационного захвата (ИНГК). Показания ИНГК требуют корректировки на вклад естественного гамма-фона и менее зависят от параметров бурового раствора. Помимо этих модификаций существует спектральный вариант ИНГК-С, который позволяет определить элементный состав горных пород, в том числе выполнить С/О каротаж. Импульсные методы, в отличие от стационарных, изучают поведение нейтронных полей и гамма-квантов во времени.

18 Нейтронная трубка для использования в скважинной аппаратуре упаковывается в конструкцию, обеспечивающую как создание высоковольтных напряжений (порядка 100 кВ), так и стойкость в вибрационным, ударным и температурным воздействиям Схематичное изображение нейтронного генератора ИНГ-06, применяемого аппаратуре С/О- каротажа

Импульсные методы используются в обсаженных скважинах для: литологического расчленения разрезов скважин и выделения коллекторов, разделения коллекторов по характеру и степени насыщения, определения положения ВНК на месторождениях нефти с минерализованными(>20 г/л)пластовыми водами, определения ГВК и ГНК, оценки пористости пород, количественной оценки начальной, ткущей и остаточной нефтенасыщенности, контроля за процессом испытания и освоения скважин, а также в качестве контрольного метода при выполнении специальных исследований ГИС при закачке в пласты веществ с аномальными нейтронно- поглощающими свойствами.

Как и в методе НГК основное влияние на показание метода оказывает водородосодержащие пород (количество воды), которое тем выше, чем больше пористость пород. Увеличение водонасыщенности ведёт к уменьшению показаний ИННК (плотность нейтронов уменьшается из-за замедления и поглощения).

Кривая ИННК в целом повторяет кривую НГК, но в водоносных интервалах увеличение содержания хлора увеличивает показания НГК, тогда как показания ИННК уменьшаются

Плотные породы с минимальным водородосодержащием и пористостью (плотные известняки, доломиты, карбонатизированные песчаники и алевролиты и др.) характеризуются высокими значениями показаний ИННК. Глинистые породы (максимальная водонасыщенность) – минимальные показания. Терригенные коллекторы – средние показания ИННК. Карбонатные коллекторы – высокие показания ИННК.

Водонасыщенные коллекторы – уменьшение показаний ИННК. Нефтенасыщенные коллекторы – средние показания ИННК. Газонасыщенные коллекторы – высокие показания ИННК.

В отличие от НГК метод ИННК более чувствителен к насыщению и даёт более надёжную интерпретацию (большая разница между показаниями в нефтенасыщенных и водоносных интервалах)

26 Пример мониторинга нефтяного месторождения методом ИННК Замеры ИННК проведены в неперфорированной контрольной скважине. Первый замер ИННК проведенный г. характеризует исследованные пласты как нефтенасыщенные. По повторному замеру ИННК проведенному г. выделены обводненные минерализованной водой интервалы пласта.

Для более точного определения характера насыщения пластов используется такой параметр как декремент временного затухания нейтронов (временной декремент затухания нейтронов-λ), равный λ = (lnI 1 – lnI 2 )/(T 2 – T 1 ) T 1 и T 2 – время задержки для двух каналов (двух кривых) I 1 и I 2 – показания ИННК для тех же каналов (двух кривых) ! Обводнённые пласты выделяются высоким декрементом затухания

При больших колебаниях пористости коллекторов определение насыщения по ИННК возможно с использованием следующей методики: - определяется пористость пластов (например по НГК) - определяется декремент затухания по ИННК - для пластов с заведомо известным насыщением строится график зависимости пористости от декремента затухания и проводится линия, разделяющая продуктивные и водоносные коллекторы

По изменению величины декремента затухания во время повторных замеров можно следить за процессом обводнения коллекторов I. Пласт не разрабатывается – обводнения нет (декремент не изменяется) II. Вырабатывается – сначала резкое увеличение декремента (проход фронта воды с увеличенной минерализацией) III. Обводнение – уменьшение декремента (особенно при закачке пресной воды) IV. Промыт – декремент не изменяется

30 Общий вид и технические характеристики аппаратуры АИНК-42 ( Патент РФ , ) Вес, не более Максимальный диаметр Длина Скорость записи Вертикальное разрешение Диаметр зоны исследования Температура Давление Частота генерации нейтронов Ресурс работы излучателя, не менее Детекторы сцинтилляционные NaI(Tl) Разрешение по линии 137 Cs, не более Количество временных каналов Мертвое время, не более кг кг 42 мм 3200 мм м/час 700 мм 800 мм 120 °C 140 MПa до 20 Гц 80 час мм мм 10 % 2*64 1,4 мксек Электронный блок Генератор нейтронов Телесистема Детекторы гамма- излучения 3200

Резюме ИННК: Импульсный нейтронный каротаж применяют в обсаженных скважинах для: литологического расчленения разрезов и выделения коллекторов, выявления водо- и нефтегазонасыщенных пластов, определения положений водонефтяного контакта на месторождениях нефти с минерализованными (более 20 г/л) пластовыми водами, определения газожидкостных контактов, оценки пористости пород, количественной оценки начальной, текущей и остаточной нефтенасыщенности, контроля за процессом испытания и освоения скважин.

Импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (ИНГК-С) основан на измерении энергетического и временного распределения плотности потока гамма-излучения, возникающего в результате нейтронных реакций, с целью определения элементного состава горных пород и пространственно-временных характеристик регистрируемого излучения. Измеряемыми величинами являются скорости счета в энергетических и временных окнах. Интерпретационными параметрами служат макросечение а (10 -3 см -1 ) захвата тепловых нейтронов и коэффициент k n (%) водонасыщенной пористости, а также отношения счета С/О и Ca/Si в окнах, характеризующих элементы, определяющие, прежде всего, литологическую принадлежность и насыщенность пород. ИНГК-С применяют в обсаженных скважинах для оценки текущей и остаточной нефтенасыщенности, определения интервалов обводнения продуктивных коллекторов независимо от минерализации пластовых вод и для сопровождения процесса интенсификации нефтеотдачи коллекторов.