Радиоактивный каротаж. Нейтронный гамма-каротаж

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ  В РОССИИ

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение  
высшего профессионального образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Кафедра геофизических  и геохимических методов поисков  и разведки месторождений полезных ископаемых

Реферат

 

По дисциплине: Основы геофизики

                                       (наименование учебной дисциплины  согласно учебному плану)

 

Тема:    «Радиоактивный каротаж. Нейтронный гамма-каротаж»

 

Выполнил: студент  гр. НБ-11            ______________                              /Петров А.А./

                                                                                                                ^{(подпись)                                                                           (Ф.И.О.)} 

Дата:

 

Проверил: ассистент                               ____________                               /Данильева Н.А./ 

                                                                                                                  ^{(подпись)                                                                          (Ф.И.О.)}

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные положения

Радиоактивный каротаж (РК) - исследования, основанные на измерении параметров полей ионизирующих частиц (нейтронов и гамма-квантов) с целью определения ядерно-физических свойств и элементного состава горных пород.

Радиоактивный каротаж нефтяных и газовых скважин  включает следующие основные группы измерений: гамма-каротаж — ГК, гамма-гамма-каротаж — ГГК, нейтронный каротаж — НК, нейтронный активационный каротаж. Каждая группа подразделяется на несколько модификаций, различающиеся типом и/или энергетическим спектром регистрируемого излучения, конструкцией измерительных зондов, методиками измерений и обработки первичных данных.

Приборами РК непосредственно  измеряются сигналы детектора(ов) ионизирующего  излучения в виде скорости счета  — числа импульсов, регистрируемых в единицу времени. В импульсных и спектрометрических модификациях РК регистрируют скорости счета во временных и/или энергетических окнах.

Переход от скорости счета к геофизическим характеристикам  пород (плотность пород, эффективный  атомный номер элементов, макросечение захвата нейтронов и др.) и их геологическим параметрам (пористость, насыщенность, вещественный состав пород) осуществляют с использованием зависимостей между показаниями скважинных приборов и указанными характеристиками или параметрами, установленными на моделях пород, пересеченных скважиной, или методами математического моделирования.

Наиболее важными  эксплуатационными и метрологическими характеристиками приборов РК являются:

• диапазоны измерения геофизических характеристик;
• предел допускаемой основной погрешности измерений,
• допускаемые максимальные скорости счета;
• нестабильность скорости счета при непрерывной работе прибора;
• максимальные значения температуры и давления в скважине;
• максимальное и минимальное значения внутреннего диаметра исследуемых скважин (обсадных колонн, НКТ);
• вертикальное разрешение метода и глубинность исследований.

Значения этих характеристик и допускаемые  отклонения от них регламентируются требованиями эксплуатационной документации на конкретные приборы.

Минимальные требования к методическому обеспечению  обработки данных заключаются в наличии основных интерпретационных зависимостей, устанавливающих взаимосвязь между измеряемыми скоростями счета и искомыми геофизическими характеристиками или геологическими параметрами пород для стандартных условий измерений, а также дополнительных зависимостей, позволяющих учесть влияние на основные зависимости геолого-технических условий измерений: давления и температуры в скважине, ее диаметра, свойств промывочной жидкости и глинистой корки, диаметров и толщин обсадной колонны и цементного кольца, вещественного состава пород, минерализации пластовых вод, плотности флюидов и т.п.

Стандартные условия  для большинства видов РК заключаются  в следующем:

• породы представлены чистым известняком (минералогическая плотность 2,71 г/см3) с гранулярной (межзерновой) пористостью;
• поры породы и ствол скважины заполнены пресной водой, минерализация которой меньше 0,2 г/л;
• диаметр скважины равен 200 мм, каверны и глинистая корка отсутствуют;
• прибор прижат к стенке скважины;
• температура окружающей среды 20 °С, давление атмосферное.

15.1.6 В зависимости  от решаемой задачи выделяют  общие и детальные исследования  методами РК (см. раздел 7). Отличия  между ними заключаются в требованиях  получения неискаженной информации  для пластов с минимальной  толщиной (h_min), параметры которых подлежат количественной оценке, и заданной статистической (случайной) σсл погрешности, приведенной к пласту толщиной h = 1 м, значение которой определяется выражением:

, %

где J — средняя  скорость счета (имп/мин), v — скорость подъема прибора (м/ч).

Выполнение  этих требований (таблица 5) достигается выбором максимально допустимой скорости vmax каротажа, которая, при отсутствии каких-либо других, специальных для конкретного типа приборов требований, определяется выражением:

,

где l₃ — эффективная длина зонда, м.

Таблица 5.Требования к минимальным толщинам hmin и значениям случайных погрешностей sсл для общих и детальных измерений РК

Вид исследований	hmin, м	σсл, %
Общие	3÷5	4÷7
Детальные	1,5÷2,0	3÷5

 

При использовании  нескольких каналов регистрации  выбирается значение vmax, минимальное  для одного из каналов. Уменьшение случайной погрешности σсл достигается снижением скорости каротажа. В случае если подъемник не обеспечивает необходимую (низкую) скорость каротажа, измерения выполняют за несколько спускоподъемных операций. Их количество определяется делением минимально возможной скорости каротажа, которую обеспечивает подъемник, на требуемую скорость измерений.

Повышение детальности  исследований достигается уменьшением  шага дискретизации по глубине при  одновременном снижении скорости каротажа. Шаг дискретизации по глубине выбирают из ряда 0,2; 0,1; 0,05 м.

Процедуры калибровки скважинных приборов, проведения измерений, контроля качества первичных данных, редактирования и первичной обработки данных, выдачи твердых копий регламентируются требованиями раздела 6.

Калибровку, техническое обслуживание, исследования скважин приборами радиоактивного каротажа проводят, строго соблюдая требования документов: СП 2.6.1.758-99 «Нормы радиационной безопасности НРБ-99». М.: Минздрав России, 1999; СП 2.6.1.799-99 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности ОСПОРБ-99», М.: Минздрав России, 2000; отраслевых нормативно-технических и руководящих документов по обеспечению радиационной безопасности.

Все работы с источниками  ионизирующих излучений и радиоактивными веществами проводит персонал, обученный и допущенный к соответствующим видам работ в соответствии с требованиями, нормами и правилами НРБ-99 и ОСПОРБ-99.

Работы на метрологических  стендах по поверке скважинных приборов, в которых установлены источники  радиоактивного излучения, выполняют в специально выделенных помещениях (площадках), исключающих доступ лиц, не допущенных к работе с ионизирующими излучениями и непосредственно не занятых работами по поверке.

Поверку источников Cs-137 на герметичность  упаковки активной компоненты выполняют, располагая один раз зондовую часть прибора ГГК-П коллимационными отверстиями вниз на стандартном образце плотности, выполненном из алюминия, второй раз — располагая тот же образец плотности на зондовой части, повернутой коллимационными отверстиями вверх. Допустимая разность показаний при указанных положениях прибора не должна превышать ±3 %.

Предприятия и организации, выполняющие работы с источниками  ионизирующего и радиоактивного излучения, должны быть оснащены переносными приборами для измерения мощности дозы гамма- и нейтронного излучения и радиометрами альфа- и бета-излучения для контроля загрязнения кожных покровов людей, средств индивидуальной защиты, поверхностей промыслового оборудования и грунта.

Нейтронный каротаж

Нейтронный  каротаж (НК) основан на облучении  скважины и пород нейтронами от стационарного  ампульного источника и измерении  плотностей потоков надтепловых  и тепловых нейтронов и (или) 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 (см. п. 15.1.5) 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 приборами, содержащими источник нейтронов и один детектор гамма-излучения.

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 NaCl) 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 %.

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.

Модуль НК комплексируется  с другими модулями без ограничений.

Требования  к измерительным зондам НК:

• нормируемой метрологической характеристикой служит водонасыщенная пористость горных пород, которую рассчитывают по измеренным скоростям счета импульсов;
• диапазон определения водонасыщенной пористости — 1-40 %;
• предел допускаемой основной относительной погрешности определений за время набора 10000 импульсов — не более ±[4,2+2,3(40/kn - 1)] %;
• предел допускаемой основной относительной погрешности определений для режима исследования (скорость 400 м/ч, толщина пласта 1 м) за время 10 с — не более ±[6,3+2,3(40/kn - 1)] %;
• допускаемая дополнительная погрешность определения, вызванная изменением температуры в скважине, не должна превышать 0,1 значения основной погрешности на каждые 10 °С относительно стандартного значения, равного 20 °С;
• дополнительная погрешность определения, вызванная изменением напряжения питания на ±10 %, — не более 0,2 значения основной погрешности.