СПОСОБ НЕЙТРОННОГО ГАММА-КАРОТАЖА СКВАЖИН, ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ Советский патент 1994 года по МПК G01V5/10 

Изобретение относится к области ядерной геофизики и может быть использовано при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в скважинах.

Известны способы нейтронного гамма-каротажа скважин, позволяющие определять химический состав горных пород, а также их физические свойства, например, при определении содержания железа, а также влажности.

Недостатком этих способов, как показано в приведенном примере при применении СНГК для определения железа, является искажение измеряемых параметров, вызванное наличием каверн в стенках скважин.

Для выявления каверн в стенках скважин, а также определения их размера применяют различные способы и устройства.

Известен способ ядерно-геофизических исследований скважин с использованием двух источников гамма-излучения. Сущность его заключается в использовании рассеянного гамма-излучения двух гамма-ис- точников разных энергий, подобранных по интенсивности излучения путем изменения расстояния источник-детектор, так чтобы зависимости для обоих источников были одинаковыми. Это дает возможность определения расстояния от прибора до поверхности рассеивающей среды независимо от изменения ее плотности и Z_эфф. Недостатком этого способа является то, что способ пригоден только для сухих скважин.

Известен способ нейтронного гамма-каротажа скважин, заполненных жидкостью, включающей облучение скважинного пространства потоком нейтронов источника и регистрацию возникающего в результате его взаимодействия с окружающей средой гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода, содержащимися в жидкости в области энергии 2,23 мэВ детектором гамма-излучения, размещенным на заданном расстоянии от источника.

Недостатком способа является отсутствие между измерением параметров и толщиной слоя жидкости в скважине. Целью изобретения является обеспечение возможности определения размеров каверн в скважине, заполненной жидкостью в комбинации с другими методами ядерно-геофизического каротажа.

Указанная цель достигается тем, что в способе нейтронного гамма-каротажа, скважин, заполненных жидкостью, включающем облучение скважинного пространства потоком нейтронов источника и регистрацию возникающего в результате его взаимодействия с окружающей средой гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода, содержащимися в жидкости, в области энергии 2,23 мэВ детектором гамма-излучения, размещенным на заданном расстоянии от источника нейтронов, предварительно определяют зависимость регистрируемого параметра от величины каверн при изменяемом с заданным шагом расстоянии источника нейтронов от детектора гамма-излучения, фиксируют расстояние, при котором наблюдается линейная зависимость регистрируемого параметра от толщины слоя жидкости в скважине, регистрацию гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода по скважине осуществляют при зафиксированном расстоянии источника нейтронов от детектора гамма-излучения, по результатам которой с учетом определенной предварительно зависимости для данного расстояния определяют размер каверн.

Способ нейтронного гамма-каротажа, основанного на регистрации гамма-излучения радиационного захвата типовых нейтронов ядрами различных элементов с разной энергией широко применяется в рудной геофизике для определения ряда элементов по разрезу скважин: ртуть, железо, никель, сера и других, однако для определения размеров каверн скважин, заполненных жидкостью способ не применялся.

Сущность изобретения поясняется графиками, где на фиг. 1 приведены результаты экспериментов на моделях скважин разного диаметра, заполненных жидкостью, на фиг. 2 - результаты опытного применения предложенного способа для определения размера каверн в скважине на железорудном месторождении.

Экспериментальные исследования, проведенные на моделях скважин, заполненных водой, различного диаметра с источником нейтронов калифорний-252 показали (фиг. 1), что характер зависимости скорости лета гамма-квантов с энергией 2,23 мэВ от диаметра скважин существенно меняется при изменении расстояния между источником и детектором. Пропорциональная зависимость измеряемого параметра от диаметра скважины (толщины слоя жидкости) наблюдается на расстоянии источника от детектора равен 10 см (график 1,2 на фиг. 1), увеличение расстояния до 20 см (график 3) и далее до 40 см (график 4) приводит к нарушению пропорциональности рассматриваемой зависимости. График 2 получен по результатам измерений с отрезком железной трубы диаметром 60 мм.

Из приведенных данных видно, что при расстоянии между источником нейтронов и детектором гамма-квантов равном 10 см возможно измерение толщины слоя жидкости в скважине, в том числе обсаженной железной трубой.

Для осуществления предложенного способа проводят следующие операции:
1. На скважине с известной величиной каверн определяют зависимость измеренной скорости счета гамма-квантов с энергией 2,23 эВ от толщины слоя жидкости при различных расстояниях источника нейтронов от детектора гамма-квантов по оси скважины.

2. Из полученных зависимостей выбирается та, для которой наблюдается пропорциональность измеренного параметра от толщины слоя жидкости в скважине и фиксируется расстояние, для которого эта зависимость определена.

3. Источник нейтронов устанавливается на зафиксированном расстоянии от детектора гамма-квантов.

4. Регистрируют скорость счета гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода по скважине при зафиксированном расстояния источника нейтронов от детектора гамма-излучения, по величине которой с учетом определенной предварительной зависимости для данного расстояния определяет размер каверн.

Изобретение иллюстрируется примером на железорудном месторождении при проведении спектрометрического нейтронного гамма-каротажа (СНГК) на общее железо. На фиг. 2 приведены диаграммы содержания общего железа по данным химического анализа керновых проб (1), скорости счета гамма-квантов радиационного захвата нейтронов с энергией 6,5-10 мэВ ядрами железа, содержащимися в породах и рудах, пересеченных скважиной, зарегистрированные с применением детекторов NaI и BGO (2, 3), а также диаграммы измерения диаметра скважины (размера каверн), заполненной водой, с помощью каверномера КН-2 (4) и по данным измерения скорости счета гамма-квантов с энергией 2,23 мэВ при расстоянии между источником и детектором 10 см (5), полученным одновременно с записью диаграммы (2).

Скважина обсажена до глубины 26,5 м и заполнена водой. Измерения проводились серийно аппаратурой РСК-101 и скважинным прибором СП-36. Кавернометрия была выполнена каверномером КН-2.

Из сопоставления диаграмм 4 и 5 видно, что оба метода дают сходные результаты по необсаженной части скважины. Предложенным способом уверенно измеряются каверны и в обсаженной части скважины. Путем многократного каротажа установлено, что ошибка определения диаметра скважины заполненной водой предложенным способом составила ±0,8 мм, а разброс показаний не выходит за пределы статических ошибок измерений.

Применение предлагаемого способа дает возможность выполнять за одну спускоподъемную операцию одним скважинным прибором несколько видов ядерно-геофизического каротажа, требующих контроля и учета диаметра исследуемой скважины, заполненной жидкостью: нейтронно-активационный, нейтронный гамма, нейтрон-нейт- ронный, гамма-каротаж и другие, что повышает производительность работ, снижает их стоимость, повышает точность количественных определений элементов в исследуемых породах и рудах. (56) Филиппов Е. М. Ядерная разведка полезных ископаемых. Справочник геофизика. Киев: Наукова думка, 1978, с. 37-36.

Авторское свидетельство СССР N 206739, кл. G 01 V 5/12, 1977.

Использование: в области геофизики. Сущность изобретения: облучают скваженное пространство потоком нейтронов источника и регистрируют гамма-излучение радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода в области энергии 2,23 МэВ. При этом предварительно определяют зависимость регистрируемого параметра от размеров каверн при изменяемой с заданным шагом длине зонда. Фиксируют длину зонда, при которой наблюдается линейная зависимость регистрируемого параметра от толщины слоя жидкости в скважине. Регистрацию рабочего параметра осуществляют при установленной длине зонда, по результатам которой с учетом определенной предварительно зависимости определяют размер каверн. 2 ил.

СПОСОБ НЕЙТРОННОГО ГАММА-КАРОТАЖА СКВАЖИН, ЗАПОЛНЕННЫХ ЖИДКОСТЬЮ, включающий облучение скважинного пространства потоком нейтронов источника и регистрацию возникающего в результате его взаимодействия с окружающей средой гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода, содержащимися в жидкости, в области энергий 2,23 мэВ детектором гамма-излучения, размещенным на заданном расстоянии от источника нейтронов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения размеров каверн, предварительно определяют зависимость регистрируемого параметра от величины каверн при изменяемом с заданным шагом расстоянии источника нейтронов от детектора гамма-излучения, фиксируют расстояние, при котором наблюдается линейная зависимость регистрируемого параметра от толщины слоя жидкости в скважине, регистрацию гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода по скважине осуществляют при зафиксированном расстоянии источника нейтронов от детектора гамма-излучения, по результатам которой с учетом определенной предварительно зависимости для данного расстояния определяют размер каверн.