Комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин Российский патент 2024 года по МПК G01V5/10 G01V11/00 

Изобретение относится к области ядерно-геофизических методов исследований обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, в том числе содержащих насосно-компрессорные трубы (НКТ), а именно к малогабаритным устройствам нейтронного каротажа на базе стационарных источников нейтронов, и предназначено для оценки нефтенасыщенности - содержания жидких углеводородов в продуктивных коллекторах нефтегазовых и нефтегазоконденсатных залежей.

Известно устройство аналогичного назначения, содержащее набор соединенных друг с другом геофизических модулей нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) и нейтронного гамма-каротажа (НГК) (Патент РФ №127487; приор. 04.12.2012; опубл. 27.04.2013).

Устройство включает установленные в охранном кожухе по его оси общий стационарный источник нейтронов, зонды с первым и вторым спектрометрическими детекторами гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (НГК-С), зонды, содержащие детекторы тепловых нейтронов (ННК-Т), расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, при этом большой зонд спектрометрического детектора гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (НГК-С) и малый и большой зонды детекторов тепловых нейтронов (ННК-Т) развернуты по оси в противоположные стороны относительно источника нейтронов.

Недостаток устройства заключается в следующем. В состав зондового устройства входят зонды метода НГК-С, показания которых в зависимости от пористости коллектора носят инверсный характер. При пористости коллектора более 10-15% показания метода возрастают, а при пористости менее этой величины уменьшаются, что приводит к ошибкам в определении нефтенасыщенности, основанной на разделении по содержанию хлора водонасыщенных с высокой минерализацией пластовых вод от нефтенасыщенных. В случае наличия коллектора с пористостью 10-15%, насыщенного высокоминерализованной пластовой водой, этот коллектор будет выделяться как нефтенасыщенный (Ф.А. Алексеев, И.В. Головацкая, Ю.А. Гулин и [др.] Ядерная геофизика при исследовании нефтяных месторождений. М.: Недра, 1978. С.221-223).

Другой недостаток заключается в том, что из-за расположения нейтронных зондов НГК-С и ННК-Т с разных сторон от источника нейтронов на результаты обработки их показаний оказывают сильное влияние переходные процессы при пересечении границ пластов зондами разноглубинных нейтронных методов, при этом снижается достоверность получаемых результатов и затрудняется их интерпретация, например, в условиях тонкослоистого разреза с сильно меняющимися фильтрационно-емкостными свойствами коллекторов, а при горизонтальном бурении нефтегазовых скважин добавляется неопределенность положения границ пластов относительно зондовой установки.

Известна комплексная спектрометрическая аппаратура нейтронного каротажа, принятая за прототип (Патент РФ №2672783; приор. 28.12.2017; опубл. 19.11.2018).

Известная зондовая установка нейтронного каротажа состоит из охранного кожуха, в котором размещены по его оси общий стационарный источник нейтронов или управляемый импульсный генератор нейтронов, зонды со спектрометрическими детекторами гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов (НГК-С), зонды, содержащие 2 детектора тепловых нейтронов (2ННК-Т), зонды, содержащие 2 детектора надтепловых нейтронов (2ННК-Нт), расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, дополнительно содержит установленные в охранном кожухе экраны, позволяющие уменьшить влияния скважины и прямого излучения от источника нейтронов на показания зондов. Малый зонд детектора надтепловых нейтронов (МЗ ННК-Нт) экранирован от прямого излучения от нейтронного источника экраном из полиамида и сам является экраном для МЗ ННК-Т, большой зонд по надтепловым нейтронам (БЗ ННК-Нт) со стороны нейтронного источника содержит экран из полиамида и сам является экраном для БЗ ННК-Т, детекторы малого (МЗ НГК-С) и большого зондов (БЗ НГК-С) экранированы со стороны нейтронного источника свинцовыми экранами и помещены в кадмиевый экран (стакан), который является экраном-конвертером по преобразованию потока тепловых нейтронов в гамма-излучение радиационного захвата тепловых нейтронов кадмием, с широким диапазоном энергий гамма-квантов, в дальнейшем используемых для калибровки энергетической шкалы спектрометра и повышения чувствительности метода к водородосодержанию горных пород.

Недостатком прототипа являются ограниченные возможности комплекса 2ННК-Нт+2ННК-Т для оценки нефтенасыщенности (содержания жидких углеводородов) коллекторов обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, в том числе через НКТ, в коллекторах с высокой минерализацией пластовых вод. В применяемых детекторах тепловых нейтронов не определены оптимальные размеры зондов, позволяющие решать обозначенные задачи, что снижает достоверность оценки нефтенасыщенности коллекторов.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является повышение достоверности оценки нефтенасыщенности (содержания жидких углеводородов) коллекторов (пластов) обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, в том числе содержащих НКТ, в коллекторах с высокой минерализацией пластовых вод, позволяющей дать прогноз по извлечению жидкого углеводородного сырья из продуктивных коллекторов.

Указанный технический результат достигается тем, что комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, содержащий охранный корпус, в котором размещены по его оси общий стационарный источник нейтронов, детекторы малого (МЗ ННК-Т) и большого (БЗ ННК-Т) зондов тепловых нейтронов, детекторы малого (МЗ ННК-Нт) и большого (БЗ ННК-Нт) зондов надтепловых нейтронов, расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, в отличие от известного, дополнительно снабжен средним зондом (СЗ ННК-Нт) надтепловых нейтронов, установленным между МЗ ННК-Т и МЗ ННК-Нт, при этом детекторы СЗ ННК-Нт и МЗ ННК-Нт помещены в общий экран из полиамида, который закрыт общим кадмиевым экраном, установленным по периметру указанных зондов и отделенным от источника нейтронов сплошным полиамидным экраном, кроме того, детектор БЗ ННК-Нт защищен полиамидным экраном, который дополнительно закрыт кадмиевым экраном, установленным по периметру зонда.

Зонды расположены по одну из сторон от источника нейтронов в следующей последовательности: малый зонд надтепловых нейтронов (МЗ ННК-Нт), средний зонд надтепловых нейтронов (СЗ ННК-Нт), малый зонд тепловых нейтронов (МЗ ННК-Т), большой зонд надтепловых нейтронов (БЗ ННК-Нт) и большой зонд тепловых нейтронов (БЗ ННК-Т).

БЗ ННК-Т выполнен размером 47±0,5 см, определяемым от середины нейтронного источника до ближних торцов детектора. МЗ ННК-Т выполнен размером 28±0,5 см, определяемым от середины нейтронного источника 2 до ближних торцов детектора. Таким же образом сформированы МЗ ННК-Нт размером 9±0,5 см, СЗ ННК-Нт размером 18,5±0,5 см и БЗ ННК-Нт размером 37±0,5 см.

Детекторы нейтронов применены одного типа СНМ-25/80-5,0/Л.

На прилагаемой фигуре представлена принципиальная схема размещения зондов в предлагаемом зондовом устройстве.

Заявляемый комплексный прибор для нейтрон-нейтронного каротажа содержит установленные в охранном корпусе 1 стационарный источник нейтронов 2, по одну строну от которого расположены: детектор надтепловых нейтронов 3, формирующий малый зонд нейтрон-нейтронного каротажа (ННК) - МЗ ННК-Нт, детектор надтепловых нейтронов 4, формирующий средний зонд - СЗ ННК-Нт, детектор тепловых нейтронов 5, формирующий малый зонд тепловых нейтронов - МЗ ННК-Т, детектор надтепловых нейтронов 6, формирующий большой зонд - БЗ ННК-Нт, детектор тепловых нейтронов 7, формирующий большой зонд - БЗ ННК-Т. При этом детекторы 4 СЗ ННК-Нт и 3 МЗ ННК-Нт помещены в общий экран 8 (цилиндрической формы) из полиамида, который закрыт общим кадмиевым экраном 9, установленным по периметру указанных зондов и отделенным от источника нейтронов 2 сплошным полиамидным экраном 10, кроме того, детектор 6 БЗ ННК-Нт защищен полиамидным экраном 11 (цилиндрической формы), который дополнительно закрыт кадмиевым экраном 12, установленным по периметру этого зонда.

БЗ ННК-Т 7 выполнен размером 47±0,5 см, определяемым от середины нейтронного источника 2 до ближних торцов детектора (обозначено на фигуре стрелкой). МЗ ННК-Т 5 выполнен размером 28±0,5 см, определяемым от середины нейтронного источника 2 до ближних торцов детектора. Таким же образом сформированы МЗ ННК-Нт 3 размером 9±0,5 см, СЗ ННК-Нт 4 размером 18,5±0,5 см и БЗ ННК-Нт 6 размером 37±0,5 см.

Комплексный прибор спускается в скважину на каротажном кабеле 13, соединенный с регистратором компьютера 14 каротажной станции.

Охранный корпус 1 снабжен также центраторами (на чертеже не показаны).

Заявляемый комплексный прибор работает следующим образом.

Прибор спускается в скважину на каротажном кабеле 13.

Во время подъема прибора проводится многозондовый нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) околоскважинного пространства с помощью трех зондов ННК по надтепловым нейтронам и двух зондов ННК по тепловым нейтронам (3ННК-Нт+2ННК-Т).

ННК основан на облучении скважины и пород нейтронами от стационарного источника нейтронов 2 и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов детекторами 3, 4, 5, 6 и 7 измерительных зондов (МЗ ННК-Нт, СЗ ННК-Нт, МЗ ННК-Т, БЗ ННК-Нт, БЗ ННК-Т), отмеченных стрелками на прилагаемой фигуре.

Во время работы многозондового прибора с помощью указанных детекторов (счетчиков) нейтронов происходит преобразование потоков тепловых и надтепловых нейтронов в импульсы тока. После усиления и оцифровки сигналов производится их передача по каротажному кабелю 13 на регистратор и далее на компьютер каротажной станции 14.

По результатам, полученным после обработки данных нейтронного каротажа по специально разработанной программе, проводится литологическое расчленение разрезов, определяется пористость горных пород, коэффициент нефтенасыщенности и объемная нефтенасыщенность в разных зонах прискважинной части коллектора в нефтегазовых и нефтегазоконденсатных залежах с высокой минерализацией пластовых вод.

Разноглубинное зондирование прискважинной зоны коллектора позволяет определять нефтенасыщенность (содержания жидких углеводородов) коллекторов нефтегазовых и нефтегазоконденсатных залежей по трем зонам в направлении от стенки скважины: в ближней зоне применяют комплекс зондов МЗ ННК-Нт (размером 9±0,5 см) + БЗ ННК-Т (размером 47±0,5 см) и МЗ ННК-Т (размером 28±0,5 см) в скважинах диаметром менее 160 мм. В скважинах диаметром более 200 мм исследования проводят по двум зонам: в средней зоне - комплексом зондов СЗ ННК-Нт (размером 18,5±0,5 см) + БЗ ННК-Т (размером 47±0,5 см) и МЗ ННК-Т (размером 28±0,5 см) и в дальней зоне - комплексом БЗ ННК-Нт (размером 37±0,5 см.) + БЗ ННК-Т (размером 47±0,5 см) и МЗ ННК-Т (размером 28±0,5 см). Размеры зондов выбраны экспериментальным путем.

Наличие полиамидного экрана 10 источника нейтронов 2 и взаимная экранировка детекторов 3, 4, 5, 6 и 7 позволяют снизить влияние скважины на вычисляемую нефтенасыщенность коллектора.

При этом детекторы 4 СЗ ННК-Нт и 3 МЗ ННК-Нт помещены в общий экран 8 из полиамида и закрыты общим кадмиевым экраном 9, являющимися дополнительными экранами по отношению к другим зондам, что позволяет реализовать метод ННК-Нт и повысить чувствительность зондов к водородосодержанию горных пород.

Изобретение относится к области ядерно-геофизических методов исследований обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин и предназначено для оценки нефтенасыщенности - содержания жидких углеводородов в продуктивных коллекторах нефтегазовых (НГ) и нефтегазоконденсатных (НК) залежей. Прибор содержит охранный корпус, в котором размещены общий стационарный источник нейтронов (ИН), детекторы малого (МЗ ННК-Т) и большого (БЗ ННК-Т) зондов тепловых нейтронов, детекторы малого (МЗ ННК-Нт) и большого (БЗ ННК-Нт) зондов надтепловых нейтронов, расположенные по одну из сторон от ИН, и дополнительно снабжен средним зондом (СЗ ННК-Нт) надтепловых нейтронов, установленным между МЗ ННК-Т и МЗ ННК-Нт, при этом детекторы СЗ ННК-Нт и МЗ ННК-Нт помещены в общий экран из полиамида, который закрыт общим кадмиевым экраном, установленным по периметру указанных зондов и отделенным от ИН сплошным полиамидным экраном, кроме того, детектор БЗ ННК-Нт защищен полиамидным экраном, который дополнительно закрыт кадмиевым экраном, установленным по периметру зонда. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение достоверности оценки нефтенасыщенности (содержания жидких углеводородов) коллекторов (пластов) обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, в том числе содержащих НКТ, в коллекторах с высокой минерализацией пластовых вод, позволяющей дать прогноз по извлечению жидкого углеводородного сырья из продуктивных коллекторов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин, содержащий охранный корпус, в котором размещены по его оси общий стационарный источник нейтронов, детекторы малого зонда тепловых нейтронов - МЗ ННК-Т и большого зонда тепловых нейтронов - БЗ ННК-Т, детекторы малого зонда надтепловых нейтронов - МЗ ННК-Нт и большого зонда надтепловых нейтронов - БЗ ННК-Нт, расположенные по одну из сторон от источника нейтронов, отличающийся тем, что дополнительно снабжен средним зондом надтепловых нейтронов - СЗ ННК-Нт, установленным между МЗ ННК-Т и МЗ ННК-Нт, при этом детекторы СЗ ННК-Нт и МЗ ННК-Нт помещены в общий экран из полиамида, который закрыт общим кадмиевым экраном, установленным по периметру указанных зондов и отделенным от источника нейтронов сплошным полиамидным экраном, кроме того, детектор БЗ ННК-Нт защищен полиамидным экраном, который дополнительно закрыт кадмиевым экраном, установленным по периметру зонда.

2. Комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин по п. 1, отличающийся тем, что зонды расположены по одну из сторон от источника нейтронов в следующей последовательности: малый зонд надтепловых нейтронов - МЗ ННК-Нт, средний зонд надтепловых нейтронов - СЗ ННК-Нт, малый зонд тепловых нейтронов -МЗ ННК-Т, большой зонд надтепловых нейтронов - БЗ ННК-Нт и большой зонд тепловых нейтронов - БЗ ННК-Т.

3. Комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин по п. 1, отличающийся тем, что БЗ ННК-Т выполнен размером 47±0,5 см, определяемым от середины источника нейтронов до ближних торцов детектора, МЗ ННК-Т выполнен размером 28±0,5 см, определяемым от середины источника нейтронов до ближних торцов детектора, МЗ ННК-Нт выполнен размером 9±0,5 см, определяемым от середины источника нейтронов до ближних торцов детектора, СЗ ННК-Нт выполнен размером 18,5±0,5 см, определяемым от середины источника нейтронов до ближних торцов детектора, и БЗ ННК-Нт выполнен размером 37±0,5 см, определяемым от середины источника нейтронов до ближних торцов детектора.

4. Комплексный прибор для мультиметодного многозондового нейтрон-нейтронного каротажа обсаженных нефтегазовых и нефтегазоконденсатных скважин по п. 1, отличающийся тем, что все детекторы нейтронов в зондах применены одного типа СНМ-25/80-5,0/Л.