СПОСОБ НЕСТАЦИОНАРНОГО КАРОТАЖА НА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНАХ С АМПУЛЬНЫМ СТАЦИОНАРНЫМ ИСТОЧНИКОМ Советский патент 1973 года по МПК G01V5/10 E21B47/12 

1

Способ относится к области промысловой геофизики и может быть использован при исследовании скважин с целью определения нейтронных параметров пройденных скважиной горных пород.

В известном способе определения нейтронных параметров горных пород для создания нестационарного процесса диффузии . тепловых нейтронов используют импульсные источники нейтронов, основанные на применении ускорителей элементарных частиц, которые, наряду с известными преимуществами, имеют по сравнению со стационарными ампульными источниками нейтронов ряд недостатков:

а)невозможность на современном техническом уровне в условиях скважины добиться высокой стабильности выхода нейтронов, что снижает точность производимых измерений;

б)относительно низкая надежность скважинных высоковольтных источников питан.ия ускорительных трубок;

в)трудность изготовления скважинных приборов малых габаритов, пригодных для работы в насосно-компрессорных трубках диаметром 1 -1,5 дюйма.

Целью изобретения является увеличение глубинности и чувствительности измерений до величин, характерных для импульсных нейтронных методов, а также определение времени жизни тепловых нейтронов и других нестационарных нейтронных параметров пород при сохранении надежности и стабильности, присущих способам, опирающимся на использование ампульных стационарных источниiKOB нейтронов. Это достигается тем, что регистрируют акты вылета быстрых нейтронов из ампульного источника и замедлившиеся в породе и продиффундировавшие из породы в скважину тепловые нейтроны, измеряют функцию корреляции между этими зарегистрированными величина.ми в двух равных временных интервалах, не превышающих существенно минимального времени жизни тепловых нейтронов в породе и разделенных регулируемым временным интервалом, меняющимся от нуля до величины, существенно превышающей максимальное время жизни тепловых нейтронов в породе, меняют величину временного интервала, разделяющего коррелируемые интервалы, снова из.меряют функцию корреляции и определяют закон спада функции корреляции со временем, по которому определяют время жизни тепловых нейтронов в породе.

На фиг. I приведена схема измерительной установки для осуществления данного способа; «а фиг. 2 - схематическая диаграмма временных измерений. Предлагаемый способ нестационарного

нейтронного каротажа основан на использовании статистичеокои коррелладионнои связи между моментами вылета нейтронов из стационарного источника (моментами их рождения) и моментами поглощения тепловых нейтронов в среде (моментами их смерти).

Флюктуации количества нейтронов, испущенных стационарным источником, подчиняющиеся распределению Пуассона, в известной степени определяют последующие флюктуации количества актов поглощения тепловых нейтронов в среде. Теснота статистической связи между флю1ктуац1ия1ми выхода нейтронов из источника и флюктуациями в количестве нейтронов, поглощающихся в среде, определяемая функцией корреляции, ослабляется с увеличением времени, разделяющего корреллируемые временные интервалы по закону, определяющему зависимость вероятности поглощения теплового нейтрона от времени его жизни, т. е. идентична зависимости плотности тепловых нейтронов от вр&менной задержки, которая имеет место при ишользовании импульсных источников нейтронов.

Идентичность крввых опада плотности тепловых нейтронов, получаемых с использованием импульсных нейтронных йсточнитсов, и кривых спада функции корреляции, получаемых со стационарными источниками нейтронов, позволяет получ,ить всю информацию, обеспечиваемую при импульсном нейтронном каротаже, данным методом с использованием стационарного источника.

Для определения функции корреляции при разных временных сдвигах коррелируемых интервалов выполняют следующий .комплекс измерений. Одним из возможных способов, например по сопутствующему гамма-излучению или протонам отдачи, регистрируют момента вылета нейтронов из источника. Мо,менты поглощения нейтронов могут регистрироваться либо по гамма-квантам радиационного захвата, либо по тепловым нейтронам. Все время измерения разбивают на больщое число одинаковых интервалов (S) длительностью того же порядка, что и среднее время жизни тепловых нейтронов в среде. Тогда функция корреляции вычисляется по формуле

ф-п.,п.,() - (Т) ,

пде усреднение производится по числу интервалов (S),

ni-.количество импульсов в одном интервале канала регистрации моментов вылета нейтронов из источника;

П2(Т)-количество импульсов канала регистрации моментов поглощения тепловых нейтронов в одном интервале, сдвинутом на время Т по отнощению к соответствующему интервалу первого канала.

При данном способе нейтронного каротажа по тепловым Нейтронам с применением стационарного источника зависимость функции корреляции от временного о вига (Т) коррелируемых интервалов такой же, как и зависимость плотности теплАвых нейтронов от времени задержки измерительного окна в импульсный источник нейтронов. Функция корреляции определяется фор.мулой, аналогичной соотнощению для плотности тепловых нейтронО(В при импульсном нейтрон-нейтронном каротаже,

Ф (2, t) ехр (

)

Х, + D,TV 4(Х, н-0,7-)

X ехр (- - + D.Q) т + - l gg;°- у

LV ч/ J /л, + DJXexpfexpf -- V

V 4(л,+ ),Г) т. У

где Z - длина зонда, определяемая расстоянием между источником нейтронов и счетчиком, регистрирующим мо.менты поглощения тепловых нейтронов; Хь KZ - квадраты длин замедления быстрых нейтронов в скважине и в пласте;

Q - поправочный коэффициент, определяемый радиусом скважины; Di, DZ - соответственно коэффициенты диффузии тепловых нейтронов в скважине ив пласте;

ti, Т2-средние времена жизни тепловых нейтронов в скважине и в пласте; 61, 82 - эффективности соответственно канала регистрации моментов рождения и канала моментов их смерти;

Т - время сдвига двух коррелируемых

интервалов;

Щ{й, mzo - соответственно количество нейтронов, испущенных источником за время и нейтронов, поглотившихся за

время Д 2Способ осуществляется следующи.м образом.

Расположенным в скважинном приборе 1 (см. фиг. 1) сцинтилляционным счетчиком 2 с кристаллом Nal (Т1) 3 регистрируют по гамма-квантам (4,4 Мэв) моменты вылета нейтронов из рядом расположенного РО - Be источника 4. Другим сцинтилляционным счетчиком, состоящим также из кристалла Nal (Т1) 5 и фотоумножителя 6, регистрируют по гамма-квантам радиационного захвата моменты поглощения тепловых нейтронов. Для экранирования второго счетчика от прямого излучения нейтронного источника между счетчиками (между источником и вторым счетчиком) располагают свинцовый экран 7 толщиой 25 см. Импульсы от обоих счетных каналов подаются на вход коррелирующей элекронно-счетной машины 8. Для корреляции используют импульсы от обоих каналов, пропущенные лищь в отдельных интервалах и Atz (фиг. 2) шириной 100-200 мксек. Время между интервалами пропускания порядка 2000 мжсек. Интервалы пропускания второго капала, регистрирующего моменты поглощеия тепловых нейтронов, смещаются на время tcM по отнощению к соответствующим интералам первого канала. Машиной 8 произвоится вычисление суммы 2 «i Яз (см), необходимой для определения функции корреляции

2 1 (см)

,(cM)

S

Ф

Счет 2s ni, 2s П2 (см), 5 осуществляется переучетными установками 9-12.

Одновременно с функцией корреляции может вычисляться относительный параметр

f м)

I EieiCTiOTa .,

fil 1 (см) ettnt

Если считать значения эффективностей счетных каналов ei и ег постоянными в течение времени измерения, то определенный по формуле параметр К оказывается независимым от 81 и 62 и, следовательно, от используемой аппаратуры.

;П р е д м е т изобретения

Способ нестационарного каротажа на тепловых нейтронах с ампульным стационарным источником, основанный на определении

функции корреляции между двумя последовательностями хаотически распределенных импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубинности и чувствительности измерений и определения нестационарных нейтронных параметров пород при сохранении надежности и стабильности измерений, регистрируют акты вылета быстрых нейтронов из амиульного источника и замедлившиеся в породе и продиффундировавшие из породы в скважину тепловые нейтроны, измеряют функцию корреляции между этими зарегистрированными величинами в двух равных временных интервалах, не превышающих минимального времени жизни тепловых нейтронов в породе и разделенных регулируемым вре.менным интервалом, меняющимся от нуля до величины, существенно превышающей максимальное время жизни тепловых нейтронов в

породе, меняют величину временного интервала, разделяющего коррелируемые интервалы и определяют закон спада функции корреляции со временем, по которому определяют время жизни тепловых нейтронов в породе.

В

Ui 1