УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА КЕРНОВ НЕФТЕНОСНЫХ ПОРОД Российский патент 1998 года по МПК G01N23/02 G01N23/06 G01V5/14 

Изобретение относится к средствам для радиационного контроля физических свойств веществ, материалов и изделий, а более точно - к устройствам для анализа кернов нефтеносных пород и может быть использовано при разведочном и промысловом бурении нефтяных скважин.

Известно устройство для измерения влагосодержания с помощью пучка быстрых нейтронов, содержащее источник быстрых нейтронов, детектор нейтронов, источник гамма-квантов, детектор гамма-квантов, счетчики импульсных сигналов датчиков [1].

Недостатком этого устройства является то, что оно не содержит конструкционных решений по фиксации цилиндрического образца-керна относительно оси, соединяющей центры источника гама-квантов и детектора гамма-квантов.

Также известно устройство для испытания цилиндрических кернов, содержащее кернодержатель, состоящий из корпуса, обжимной гильзы, уплотнительных манжет [2].

Недостатком этого устройства является то, что его невозможно применить при измерении плотности, количества нефти и пластовой воды в порах керна, так как окружающие керн материалы кернодержателя при облучении керна нейтронами и гамма-квантами создают большую погрешность за счет рассеяния и поглощения нейтронов и гамма-квантов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для анализа кернов нефтеносных пород, содержащее замедлительный блок с двумя полостями для поочередной установки анализируемого керна, облицованными материалом, поглощающим медленные нейтроны, источник быстрых нейтронов, два детектора медленных нейтронов, источник гамма-квантов, детектор гамма-квантов [3].

Для обеспечения точности определения плотности анализируемого керна необходимо, чтобы центры источника гамма-квантов, керна и детектора гамма-квантов лежали на одной оси, что на практике при использовании данного устройства создать невозможно, так как даже при небольшом смещении керна в полости возрастает погрешность. Тем более это неосуществимо при анализе кернов разных типоразмеров (диаметром 40 - 100 мм).

В основу изобретения положена задача создать устройство для анализа кернов нефтеносных пород, обеспечивающее необходимую точность измерения при анализе кернов различных типоразмеров.

Эта задача решается тем, что устройство для анализа кернов нефтеносных пород, содержащее замедлительный блок с двумя полостями, облицованными поглощающим медленные нейтроны материалом, для поочередной установки анализируемого керна, источник быстрых нейтронов, расположенный вплотную к облицовке одной из полостей, при этом облицовка другой полости отсутствует со стороны, обращенной к источнику быстрых нейтронов, два детектора нейтронов, источник гамма-квантов и детектор гамма-квантов, расположенные в коллиматорах, согласно изобретению дополнительно содержит кернодержатель, размещенный поочередно в полостях, состоящий из сменного цилиндрического контейнера, закрытого совпадающим по форме и размерам сечения с формой и размерами сечения полостей днищем и крышкой, выполненной из слоя материала, поглощающего медленные нейтроны, и слоя материала биологической защиты, а контейнер и днище выполнены из материала, слабопоглощающего медленные нейтроны, при этом продольная ось контейнера расположена горизонтально для самоцентрирования керна и перпендикулярно оси, проходящей через центры источника гамма-квантов, детектора гамма-квантов, цилиндрического контейнера кернодержателя и лежащей в вертикальной плоскости.

Внутренний диаметр D коллиматора детектора гамма-квантов может быть определен и соотношения
D = 2L d/l,
где L - расстояние от источника гамма-квантов до детектора гамма-квантов;
d - диаметр коллиматора источника гамма-квантов;
l - длина коллимационного канала коллиматора источника гамма-квантов.

Наличие кернодержателя, устанавливаемого поочередно в полостях устройства для анализа кернов, позволяет зафиксировать анализируемый керн и обеспечить точность определения искомых параметров.

Выполнение цилиндрического контейнера кернодержателя сменным позволит анализировать керны различных типоразмеров, используя для каждого типоразмера собственный контейнер.

Совпадение формы и размеров сечения днища и крышки кернодержателя с формой и размерами сечения полостей необходимо для надежной установки кернодержателя в полостях и центрации контейнера относительно оси, проходящей через центры источника гамма-квантов, детектора гамма-квантов и контейнера кернодержателя, лежащей в вертикальной плоскости.

Целесообразно, чтобы контейнер располагался в полости так, чтобы его продольная ось была расположена горизонтально, при этом она должна быть перпендикулярна оси, проходящей через центры источника гамма-квантов, детектора гамма-квантов, контейнера кернодержателя и лежащей в вертикальной плоскости.

Выполнение цилиндра и днища кернодержателя из материала слабопоглощающего медленные нейтроны позволяет при облучении керна нейтронами и гамма-квантами не создавать погрешность из-за поглощения нейтронов и гамма-квантов материалом.

Наличие двухслойной крышки, выполненной из материала, поглощающего медленные нейтроны, и материала биологической защиты, позволяет сохранить точность измерения количества нефти и пластовой воды в порах керна, одновременно обеспечивая защиту руки оператора от нейтронного излучения при установке кернодержателя в полость.

Определение диаметра D коллиматора детектора гамма-квантов из соотношения D = 2Ld/l позволяет обеспечить необходимую точность измерения плотности анализируемого керна по методу "узкого пучка" при минимальной мощности источника гамма-квантов.

На фиг. 1 условно изображено предлагаемое устройство для анализа кернов в разрезе, в полостях расположены кернодержатели; на фиг. 2 - кернодержатель в разрезе.

Устройство для анализа кернов нефтеносных пород содержит замедлительный блок 1 (фиг. 1) из водородсодержащего материала, например из парафина или полиэтилена, заполняющего корпус 2. Блок 1 имеет две полости 3, 4, в которых поочередно установлен кернодержатель 5 с анализируемым керном 6, и поверхность которых облицована слоем 7 материала, поглощающего медленные нейтроны, в частности карбидом бора. Устройство содержит изотопный источник 8 быстрых нейтронов, расположенный вплотную к облицовке 7 одной из полостей 4. При этом облицовка 7 отсутствует у другой полости 3 со стороны, обращенной к источнику 8 быстрых нейтронов. В полостях 3, 4 расположены два детектора 9, 10 медленных нейтронов. С противоположных сторон полости 4 расположены источник 11 гамма-квантов, окруженный коллиматором 12, и детектор 13 гамма-квантов, окруженный коллиматором 14. Ось 15, проходящая через центры источника 11 гамма-квантов, детектора 13 гамма-квантов и контейнера 16 кернодержателя 5, лежит в вертикальной плоскости.

Кернодержатель 5 (фиг. 2) состоит из сменного цилиндрического контейнера 16 с продольной осью 17, закрытого с одной стороны днищем 18, а с другой стороны крышкой 19, совпадающими по форме и размерам сечения с формой и размерами сечения полостей 3, 4. Крышка 19 выполнена из слоя 20 материала, поглощающего медленные нейтроны, например из карбида бора, и слоя 21 из водородсодержащего материала, например из парафина или полиэтилена. Днище 18 может крепиться к контейнеру 16 болтовым соединением 22. На крышке 19 кернодержателя 5 закреплена ручка 23. Цилиндрический контейнер 16 и днище 18 выполнены из материала, слабопоглощающего медленные нейтроны, например из сплавов алюминия АМг2, АМг3.

Устройство для анализа кернов нефтеносных пород работает следующим образом.

Анализируемый керн 6 устанавливают в цилиндрический контейнер 16, соответствующий его типоразмеру, закрепляют днище 18 и крышку 19 и устанавливают кернодержатель 5 в полость 4 замедлительного блока 1, вплотную к облицовке 7 которой расположен источник 8 быстрых нейтронов так, чтобы продольная ось 17 контейнера 16 была горизонтальной и перпендикулярна оси 15, проходящей через центры источника 11 гамма-квантов, детектора 13 гамма-квантов, контейнера 16 кернодержателя 5 и лежащей в вертикальной плоскости. При этом керн 6 самоцентрируется относительно оси 15. Гамма-кванты источника 11 гамма-квантов проходят через анализируемый керн 6, ослабляются материалом керна 6 и регистрируются детектором 13 гамма-квантов. Быстрые нейтроны, испускаемые источником 8 быстрых нейтронов, проходят через облицовку 7 полости 4, практически не ослабляясь, замедляются на ядрах водорода водородсодержащей жидкости (пластовая вода, нефть), содержащейся в порах керна 6 и регистрируются детектором 10 медленных нейтронов. После окончания регистрации гамма-квантов и нейтронов кернодержатель 5 вынимают из полости 4 и размещают в полости 3, у которой облицовка отсутствует со стороны, обращенной к источнику 8 быстрых нейтронов. Быстрые нейтроны источника 8 замедляются в материале замедлительного блока 1 до тепловых энергий, и тепловые нейтроны проходят через анализируемый керн 6, ослабляются в нем и регистрируются детектором 9 нейтронов.

По показаниям детектора 13 гамма-квантов судят о плотности насыщенного керна. По показаниям детектора 10 нейтронов судят о суммарном количестве водородсодержащих жидкостей (пластовая вода, нефть), находящихся в порах керна 6. По полученным значениям плотности и суммарного количества водородсодержащих жидкостей вычисляют плотность скелета и коэффициент пористости данного керна 6.

По показаниям детектора 9 нейтронов судят о количестве пластовой воды, содержащейся в порах керна 6 при данной степени минерализации пластовой воды. По разности между общим количеством водородсодержащих жидкостей (пластовая вода, нефть) и количеству пластовой воды судят о количестве нефти, содержащейся в порах керна 6.

Использование: для повышения точности радиационного контроля физических свойств веществ, материалов и изделий, в частности определения пористости и флюидонасыщенности керна нефтеносных пород. Сущность изобретения: устройство содержит замедлительный блок с двумя полостями, облицованными поглощающим медленные нейтроны материалом, для поочередной установки кернодержателя с анализируемым керном. Кернодержатель состоит из цилиндрического контейнера с горизонтально расположенной продольной осью для самоцентрирования керна, цилиндрический контейнер закрыт днищем и крышкой, совпадающими по форме с сечением полости, при этом крышка выполнена двухслойной и состоит из материала, поглощающего медленные нейтроны и материала биологической защиты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для анализа кернов нефтеносных пород, содержащее замедлительный блок с двумя полостями, облицованными поглощающим медленные нейтроны материалов, для поочередной установки анализируемого керна, источник быстрых нейтронов, расположенный вплотную к облицовке одной из полостей, при этом облицовка другой полости отсутствует со стороны, обращенной к источнику быстрых нейтронов, два детектора нейтронов, источник гамма-квантов и детектор гамма-квантов, расположенные в коллиматорах, отличающееся тем, что поочередно в полостях размещен кернодержатель, состоящий из сменного цилиндрического контейнера с горизонтально расположенной продольной осью, для самоцентрирования анализируемого керна, закрытого днищем, совпадающим по форме с сечением полости, и крышкой, которая выполнена двуслойной и состоит из материала, поглощающего медленные нейтроны, и материала биологической защиты. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний диаметр D коллиматора детектора гамма-квантов определяется соотношением
D = 2L d/l,
где L - расстояние от источника гамма-квантов до детектора гамма-квантов;
d - диаметр коллиматора источника гамма-квантов;
l - длина коллимационного канала коллиматора источника гамма-квантов.