Изобретение относится к области радиоактивного каротажа нефтяных и газовых скваЖИН1 с использованием импульсных или управляемых источников нейтронов для определения пористости и газонасыщенпости пластов в разрядах скважин. Зависимость показаний нейтронного каротажа У от длины / зонда близка к экспоненциальной:/ Лг-.(1) Для «ахождения параметра ее строят зависимость от длины зонда и определяют а как тангенс угла наклона зависимости (l). В случае использования двух измерений /м и /б на двух зондах /„ и /бсс находится из выражения fn(/M//6) Как видно из этого выражения параметр а имеет размерность , обратная ему величина - L имеет размерность дливы и может рассматриваться как эффективная длина релаксации нейтронов (в случае регистрации нейтронов). Величина L меняется в диапазоне пористостей 40-1% от 6 до 12 сл1. Известны различные варианты устройств для определения параметра а, с использова510 15 20 25 30 нием двух и более зондов, с двумя и более детекторами гамма-излучения надтепловых и тепловых нейтронов. Особенностью устройства МНК-Т является наличие очень больших зондов (70 и 90 см), а преимущество его использования заключается Б минимальном влиянии скважипъ на результаты измерения отношения показаний на двух зондах. Однако это устройство требует применения источников нейтронов очень большой активности 10 н/сск (до 300 кюрн по полопию). Работа с такими источниками очень опасна н возможна лишь в случае применения специальных, довольно громоздких средств зашиты. Другим недостатком этого устройства является широкий диапазон изменения скоростей счета. На больиюм зонде скорости счета могут меняться более, чем в 100 раз в реальном интервале пористостей от 30 до 1%. ЕсЛи принять минимальную скорость счета, необходимую для обеспечения достаточной статистической точности измерения, равной I-IO имп/MUfi, то максимальная скорость счета превысит имп/мин. РегистраПИЯ таких скоростей счета невозможна без существенных просчетов. Особенностью другого устройства МНК-Т, является использование сравнительно небольших зондов /м 23слг и /б -42с.и и детекторов большого диаметра в кавале большого зонда и меньшего диаметра в канале малого зонда. Этот вариант А1НК-Т не требует применения источников большой активности и имеет умеренный диапазон изменения скоростей счета. Однако при использовании небольших зондов велико влияние скважины. Поэтому устройство МНК-Т можно использовать в необсаженной скважине, где влияние ее не столь велико, но не эффективно при исследованиях обсаженных скважин с меняющимся по глубине эксцентриситетом обсадной колониы. Для повышения точности определения содержания водорода в нласте в предлагаемом устройстве использованы два детектора, из которых один, установленный в большом зонде, имеет «полубесконечную длину 4 мик мшь а другой, установленный в малом зонде, имеет малую длину Ьмакс- (Индексы мин и макс относятся к пластам соответственно минимальной и максимальной пористости). Рассмотрим пример идеализированной схемы, в которой в большом зонде используется детектор, нижний конец которого находится на расстоянии /о от источника, а верхний удален в бесконечность, а в малом зонде используется практически точечный детектор длиной У см, установленный у нижнего конца полубесконечного детектора. Линейные удельные чувствительности счетчиков (на 1 см длины) примем Одинаковыми и равными 2.Пользуясь формулой (1) запишем: /„.S. /6 (3) li Из формулы (3) следует, что рассматриваемая идеализированная схема измерения позволяет определять параметр а непосредственно по отношению измерений на малом и большом зонде. Скорости счета на большом зонде будут равны скорости счета на зонде /о с малым детектором, чувствительность котоS „., рого равна - 1L, то есть, примерно будут такими же, как при использовании детектора длиной L, середина .которого установлена на расстоянии /о от источника нейтронов. Поэтому, если мы выберем длину малого зонда IQ, а длину детектора малого зонда, равной /-макс для высоко1пористого пласта, то скорость счета для большого зонда с полубесконечным детектором против малопористого пласта будет такой же, как для малого зонда. Изменение отношения - будет при изменении ристости от 1 до 40% таким же, как изменения а в том же интервале пористости от а(1%) до а (40%). Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокие скорости счета в канале большого зонда и сравнительно узкий диапазон их изменения, равный для большого зонда (Дб) произведению диапазона показаний малого зонда (Ды) на отношение «(1%) т. е. D, .(4) Отношение --- равно примерно 2-2,5. В реальной измерительной системе длину детектора большого зонда достаточно выбрать равной 4LMiin. В этом случае он будет отличаться от полубесконечного детектора по скорости счета не более, чем на 2% (2,71-; ; л:0,02). По результатам экспериментов максимальная величина LMHH не превосходит 12±1 см и, следовательно, в большом зонде должен быть установлен счетчик длиной около 50 см. Длина детектора в малом зонде должна быть макс И его центр будет смещен вниз на 1ПОЛДЛИНЫ счетчика от нижнего конца детектора большого зонда. Поэтому отношение измерений на двух зондах в реальной -измерительной системе будет отличаться от а: /Р :а./С„ где Кч - отношение чувствительностей счетчиков. Отношение а для пластов с крайними значениями пористости имеет вид ° (40%) .-, а (40%) (%) (1%) Различие это будет уменьшаться с уменъшением длины малого детектора. Поэтому переход к реальной системе измерения может только увеличить чувствительность метода к изменению пористости. Таки.м образом, предлагаемое устройство МНК-Т с полубескоиечным детектором,4Ьм1ш в большом зонде и малым детектором Ьмакс в малом зонде, располоЛСенном непосредственно под детектором большого зонда, обладает следуюш:ими преимуш;ествами по сравнению с известными устройствами Л1НК-Т. 1.Высокие скорости счета в канале большого зонда и, следовательно, низкая статистическая ошибка измерения. 2.Малый диапазон изменения скоростей счета. 3.Возможность измерять параметр а, близкий к а, без логарифмирования. Последнее преимушество весьма суш,ественно, поскольку зависимость а от пористости в интервале 1-40% близка к линейной.
тогда как отношение показаний - измеряемый параметр - в устройствах МНК, OinHcaeиых выше (с одинаковой длиной детекторов), связано с пористостью экспоненциальной зависимостью. По этой причине осреднение показаний НК по разрезу с помощью иитегрирующего контура, неизбежное в реальных измерениях в скважине в случае нелинейной зависимости показаний метода от пористости приводит к систематической ошибке в определении пористости в сторону ее занижения в тонкослоистом разрезе. Этой ошибки не будет при использовании предлагаемого устройства в силу линейности зависимости (К.п}. Реальный коэффициент относи. .а (40%
тельной дифференциации равен
(l/o)
примерно 3-4, т. е. достаточно большой. Его можно было бы увеличить, удаляя детектор большого зонда от детектора малого зонда. Однако при этом будет падать скорость счета в канале большого зонда и увеличиваться ошибка измерения. Расчет оптимального расстояния между детекторами показал, что центр детектора малого зонда не должен отстоять от нижнего зонда детектора большого зонда более, чем на 8-11 см. Таким образом, установленные друг за другом счетчики с небольшим зазором 2-3 см являются оптимальной измерительной системой.
Выигрыш в скоростях счета в предлагаемом устройстве МНК создается за счет полного использования потока нейтронов, пересекаюшего прибор, поскольку детекторы будут установлены по всей длине прибора на расстоянии от /о до lo+5L практически без зазоров.
Длина малого зонда выбирается равной 45-50 см.
Как показали экспериментальные исследования с источником калифорний-252, начиная с зонда 45 см, более резко уменьшается влияние скважины по сравнению с интервалом зонтов 30-45 см.
Параметры устройства для многозондового нейтронного каротажа выбираются из следующих соображений. .Минимальное расстояние от источника до детектора малого зонда определяется нача.пом правой ветви зависимости lSfJRb-T Jm,-TrO.
На фиг. 1 приведена экспериментальная зависимость логарифма показаний метола НК-Т от плины зонда для источника калиЛюрний-2Б2 в пласте известняка 1 и 40%-пой пористпгт-и для скважин диаметром 15. 20, 25 см. Как видно из фиг 2, правая ветвь начинается с зонтов 40-50 см. Влияние скряЖИ11НЫХ УСЛОВИЙ измерения на ве.личину отнонтения для .ГГРВОЙ ветви больше, чем для правой. Например, эксцентриситет обсатной колонны влияет пя параметр отношения показаний для левой ветвн в три раза больше, чем для правой (20 и 7%). Поэтому длина малого зонда выбирается равной 45 см.
Расстояние между малым и большим зондом выбирается из соображения получения наибольшей информации о пористости пласта. Количество информации оценивается числом градаций g. Пользуясь формулой (4), получим
g-,
(б)
2а
где Кк - коэффициент относительной дифференциации измеряемого параметра, а - относительная ошибка измерения. Для случая, когда ошибка измерения обязана статистическим флюктуацням и измеряемым параметром является а - формула (6) преоб/л
разуется к виду
- + () А Л
In
-- J-, (7)
2 «ср
YI +
где Д/-расстояние между центром малого детектора и краем (ближним) большого
(полубесконечного) счетчика: «i, аы аср - эффективные угловые коэффициенты для пластов пористостью 1, 40 и 20%, вычисляемые по формуле (2); /о - средняя скорость счета детектора длиной 1 см на зонде длиною /о (см) на правой ветви зависимости / (/) (фиг. 1).
На фиг. 2 приведена зависимость от Д/,
/ V ср
служащая для определения оптимальной величины Л/опт , которой соответствует максимум goTn- Как видно из фиг. 2, А/опт 10,5 с.и. Так как зависимость весьма пологая, в интервале ел goTii практически не лгеняется (назовем его интервалом опти.мальпости). При конструировании прибора желательно иметь меньший диапазон изменения показаний. С увеличением зонда этот диапазон увеличивается. Поэтому целесообразно выбрать минимальную величину А/ в интервале оптимальности, т. е. 8 см. Таким образом, длина большого зонда - расстояние от источника до ближнего края детектора - выбирается равной 45+8 53 см. Длина счетчика малого зонда должна быть
Дмакс 6-8 см в зависимости от принятой максимальной пористости 40 или 30%. Длина большого «полубесконечного счетчика h е определяется заданным приближением показапий счетчика реальпой длины к показаниям счетчика полубесконечной длины.
Необходимо, чтобы показания реального счетчика отличались не более, чем на Од
2% для плотного пласта с 12,5. а,.,„„
Расчет ведется по формуле
In --
h. -
(8)
Для рассматриваемых условий Стд 0,02 и
- 12,5 см, /16 3,9-12,,8л;50 см. «1 Таким образом, определены все параметры
зонда прибора. На фиг. 3 приведена схема зондовой части предлагаемого устройства. На фиг. 4 приведена зависимость измеряеAI
мого параметра а - от пористости карбо6
натного пласта для скважины диаметром 25 см для выбранных параметров зонда: см. см, 53 см, /1 8 см, /ic 50 см.
Предмет изобретения
Устройство для многозондового нейтронного каротажа, состоящее из двух детекторов тепловых нейтронов, находящихся по одну сторону на разных расстояниях от .источника быстрых нейтронов, и регистрирующей схемы, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности определения содержания
водорода в пласте, длина детектора большого зонда должна быть по крайней мере не менее четырех эффективных длин релаксации нейтронов в пласте с м;инимальной пористостью, а длина детектора малого зонда -
по крайней мере не более одной эффективной длины релаксации нейтронов в пласте с максимальной пористостью,
Ю ЮЮ
Ю
и
50 50 70
W
20
90 too сриг.1
5Ю
PiJi. 2
.c
