Устройство для многозондового нейтроннрго каротажа

0 П И С А Н И Е 398905ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликсвидетельстваЗависимое от ав М. Кл. б 01 ч 5/ Заявлено 03.1 Ч,1972 ( 1767174/26 заявкис присоединение ооударотвеннын комитегСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликовано 27,1 Х,1973. Бюллетень3 Дата опубликования описания 24,1.1974 УДК 550.8,39.621,039.84 (088.8) Авторынзобретени Я. Н. Басин, М. П. Козырев, В. А. Новгородов, О. Р, Орехов, Л, Г. Петросян, А. Л. Полячеико, Ю. В, Тюкаев и В, С. Шлыков Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизики геохимии и опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения Министерства геологии Украинской ССР аявител РОЙСТВО ДЛЯ МНОГОЗОНДОВОГО НБЙТРОН КАРОТАЖА Изобретение относится к тивного каротажа нефтяны жив с использованием импу ляемых источииков нейвро ния пористости и газонась в разрядах сквакин,Зависимость показаний тажа У от длины г зонда циальной:области радиоакх и газовых сквальсных или управнов для определещенности пластов неитронного кароблизка к экспоцец 1=Аз (1)Для нахождения параметра а строят зависимость /пГ=А - а 1 от длины зонда и определяют а как тангенс угла наклона зависимости 1 п 1=(г). В случае использования двух ИЗМСРЕНИЙ Ум И го На ДВУХ ЗОНДаХ 1 бг И гба га- ходится из выражения1 гг (г,(/б)(2)б мКак видно из этого выражения параметр а имеет размерность см - , обратная ему вели 1чина - =г., имеет размерность длинны и может рассматриваться как эффективная длина релаксации нейтронов (в случае регистрации нейтронов) . Величина .С меняется в диапазоне пористостей 40 - 1 % от 6 до 12 слг.Известны различные варианты устройств для определения параметра а с использованием двух и более зондов, с двумя и более детекторами гамма-излучения цадтепловых и тепловых нейтронов.Особенностью устройства МНК-Т является 5 наличие очень больших зондов (70 и 90 слг),а преимущество его использования заключается в минимальном влиянии скважины ца результаты измерения отношения показаний на двух зондах. Однако это устройство трсбу- О ет применения источников нейтронов оченьбольшой активности 109 и/сек (до 300 кюри по полонию). Работа с такими источнцкамц очень опасна ц возможна лишь в случас применения специальных, довольно громоздких 5 средств защиты. Другим недостатком этогоустройства является широкий диапазон изменения скоростей счета. На большом зонде скорости счета могут меняться более, чем в 100 раз в рсальцом интервале пористостей О от 30 до 1%. Если принять минимальную скорость счета, необходимую для обеспечения достаточной статистической точности измерения, равной 1 104 гглггг(лгггн, то максимальная скорость счета превысит п 10 илггглгггн. Регистра.25 ция таких скоростей счета невозможна безсущественных просчетов.Особенностью другого устройства МНК-Т,является использование сравнительно небольших зондов 1=23 ск ц 1 о=42 слг н детекто ров большого диаметра в канале большогозонда и меньшего диаметра в канале малого зонда. Этот вариант МНК-Т не требуст применения источников большой активности и имеет умеренный диапазон изменения скоростей счета. Однако при использовании нсбольших зондов велико влияние скважины. Поэтому устройство МНК-Т можно использовать в необсаженной скважине, где влияние ее не столь велико, но нс эффективно при исследованиях обсаженных скважин с меняющимся по глубине эксцентриситетом обсадной колонны.Для повышения точности определения содержания водорода в пласте в предлагаемом устройстве использованы два детектора, из которых один, установленный в большом зонде, имеет полубесконечную длину) 4 мия Е, а другой, установленный в малом зонде, имеет малую длину (1.. (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 /см, установленный у нижнего конца полу- бесконечного детектора. Линейные удельные чувствительности счетчиков (на 1 см длины) примем одинаковыми и равными Х.Пользуясь формулой (1) запишем:1= А 1/ =А)" Га 1=А 1 Г. (3)1 еаь- = а.бИз 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 1 о с малым детектором, чувствительность котоУрого равна: =11., то есть, примерно будутатакими же, как при использовании детектора длиной 1., середина которого установлена на расстоянии 1 о от источника нейтронов, Поэтому, если мы выберем длину малого зонда 1 о, а длину детектора малого зонда, равной 1.ао, для высокопористого пласта, то скорость счета для большого зонда с полубесконечным детектором против малопористого пласта будет такой же, как для малого зонда, Измс 1 мпение отношения - будет при изменении побристости от 1 до 40% таким же, как изменения а в том же интервале пористости от а (1 о/о) до а (40 о/о).398905 4Таким образом, предлагаемое устройствообеспечивает высокие скорости счета в капале большого зонда и сравнительно узкий диапазон их изменения, равный для большого 5 зонда (Дб) произведению диапазона показаний малого зонда (Д) на отношениеа (404)а (1/о) 10 т. е. а (40/)- м(4) а (40;4)Отношениеравно примерно 2 - 2,5.15 а (1 оо)В реальной измерительной системе длинудетектора большого зонда достаточно выбрать равной 4 У,п. В этом случае он будет отличаться от полубесконечного детектора по ско рости счета не более, чем на 2% (2,71 в ":=0,02). По результатам экспериментов максимальная величина Еане превосходит 12+-1 см и, следовательно, в большом зонде должен быть установлен счетчик длиной око ло 50 см. Длина детектора в малом зондедолжна быть (Еъакс и его центр будет смещен вниз на лолдлины счетчика от нижнего конца детектора большого зонда, Поэтому отношение измерений на двух зондах в реаль ной измерительной системе будет отличатьсяот а: уР". =аф К, (5)б35где К, - отношение чувствительностей счетчиков,Отношение а для пластов с крайними зна 40 чениями пористости имеет вид аф (40 о) а (40 го) а (1 У) (1lо)Различие это будет уменьшаться с умень шепнем длины малого детектора. Поэтому переход к реальной системе измерения может только увеличить чувствительность метода к изменению пористости.Таким образом, предлагаемое устройство 50 МНК-Т с полубесконечным детектором,)4 ЬВ большом зонде и малым детектоРОМ (1,аас в малом зонде, расположенном непосредственно под детектором большого зонда, обладает следующими преимуществами по срав нению с известными устройствами МНК-Т,1. Высокие скорости счета в канале большого зонда и, следовательно, низкая статистическая ошибка измерения.2, Малый диапазон изменения скоростей 60 счета.3. Возможность измерять параметр а,близкий к а, без логарифмирования,Последнее преимущество весьма существенно, поскольку зависимость а от пористо сти в интервале 1 - 40/, близка к линейной,10 15 разуется к виду 20 25 30 40 45 50 55 60 5тогда как отношение показаний - измеряемый параметр - в устройствах МНК, описанных выше (с одинаковой длиной детекторов), связано с пористостью экспоцецциальцой зависимостью. По этой причине осредцепие показаний НК по разрезу с помощью ицтегрирующего контура, пеизбежцое в реальных измерециях в скважине в случае нелинейной зависимости показаний метода от пористости приводит к систематической ошибке в определении пористостц в сторону ее занижения в тоцкослоистом разрезе. Этой ошибки це будет при использовации предлагаемого устройства в силу линейности зависимости ад =г(тд,) . Реальный коэффициецт относиае (40 оl тельной дифференциацииравенае (1 о ) примерно 3 - 4, т. е. достаточно большой. Его можно было бы увеличить, удаляя детектор оольшого зонда от детектора малого зоцда. 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 це должен отстоять от нижнего зоцда детектора большого зонда более, чем ца 8 - 11 см. Таким образом, установленные друг за другом счетчики с цебольшим зазором 2 - 3 см являются оптимальцой измерительной системой.Выигрыш в скоростях счета в предлагаемом устройстве МНК создается за счет полного использования потока нейтронов, пересекающего прибор, поскольку детекторы будут установлены по всей длине прибора ца расстояции от 1 о до 1 о+51, практически без зазоров.Длина малого зоила выбирается равной 45 - 50 см.Как показали экспериментальные исследовация с источником калифорций, начиная с зонда 45 см, более резко уменьшается влияцие сквакитты по сравнению с интервалом зоцчов 30 - 45 слг,Параметры устройства для мтгогозоцдового цейтпоццого каротажа выбираются из следу)оших соображений. Минимальное расстоячие от источника до детектора малого зоила )пределяется цачалом правой ветви зависимости 1 яЗиит=)пктЩНа фиг. 1 приведена экспериментальная ЗаоИСттМОСтЬ ЛОГаРИфча ПОКаЗаНИй МЕтОДа НК-Т от плицы зонда чля источника алит 1)ортгийв пласте известцяка 1 и 40%-цой пористт) и для скважин диаметром 15, 20, 25 сл. Как видно цз фиг 2, правая ветвь цачицается с зонтов 40 - 50 слт. Влияттие сважиттттых условий издгецепия ца величину отттотттетгия л,чя лево г ветви оолттце, чем для ппавой. 1-1 аппимеп. экспецтписитет оосачцоц колоццьт влият т ца параметг) Отцоцтеция потгазаций для левой ветви в три раза болыце, тгем для правой г 20 и %). Поэтому двина чалого зоцда выбирается равной 45 слг. 6Расстояние между малым и большим зоцдом выбирается цз соображения получения наибольшей информации о пористости пласта. Количество информации оценивается числом градацтггг д. Пользуясь формулой (4), получим где К - коэффиццецт относительной дифферецццации измеряемого параметра, О - отцосительцая ошцока измерения. Для случая, когда ошибка измерения обязана статистическим флюктуаццям и измеряемым параметром является а"= - " формула (6) преоб- тб а 4 атт + (а 4 о - ат)д= -ф, (7)2 "ср )Гд ар где Лт - расстояние между центром малого детектора и краем гближттидг) большого (полУбесгготгечггого) счетчика: аг, а 4 о аст) - эффективные угловые коэффициенты для пластов пористостью 1, 40 и 20%, вычисляемые по формуле (2);Уо - средняя скорость счета детектора длицой 1 см ца зонде длиною 1 о (слг) ца правой ветви зависимости У тт) гфиг. 1). На фпг. 2 приведена зависимость Ротн От И,12ср служащая для определения оптимальцой величины Лонт, которой соответствует максимум дхоти. Как видно из фцг. 2, Мт=10,5 см.Так как зависимость весьма пологая, в ицтервале Л=8 - 13 см дхоти практически це меняется (назоведг его интервалом оптимальттостиг, Прц конструировании прибора желательно иметь меньший диапазон измецеция показаний. С увеличением зонда этот диапазоц увеличивается, Поэтому целесообразцо выорать мицимальцую величину Л 1 в интервале оптимальности, т. е. 8 слг. Таким образодт, длина большого зоттда - расстояние от источника до ближцего края детектора - выбирается равной 45+8=53 слг.Ллица счетчика чалого зоцда должна быть Х.с 6 - 8 см в зависимости от принятой максичальцой пористости 40 или 30 о)о. Длина большого полубескоттечтгого счетчика тг б определяется задаццым приблпжеццем показаттий счетчика реальной плицы к показаццяч счетчика полубескоцечцой длины. Необходимо, чтобы показания реального счетчика отличались це более, чем ца ОО --- о 2 о для плотного пласта с Ко=15 - =12,5. анинРасчет ведется по формуле11 ипйб -а(8) Для рассматриваемых условий оо =0,02 и- = 12,5 см, йб = 3,9 12,5 = 48,850 см.1аТаким образом, определены все параметрызонда прибора. На фиг. 3 приведена схемазондовой части предлагаемого устройства.На фиг. 4 приведена зависимость измеряеУ,мого параметра сс"= -от пористости карбобнатного пласта для скважины диаметром25 см для выбранных параметров зонда:1 б=45 см, И=8 см, 1 б=53 см, 6=8 см,об=50 см,Предмет изобретения Устройство для многозондового нейтронного каротажа, состоящее из двух детекто ров тепловых нейтронов, находящихся по одну сторону на разных расстояниях от,источника быстрых нейтронов, и регистрирующей схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения содержания 10 водорода в пласте, длина детектора большого зонда должна быть по крайней мере не менее четырех эффективных длин релаксации нейтронов в пласте с минимальной пористостью, а длина детектора малого зонда - 15 по крайней мере не более одной эффективнойдлины релаксации нейтронов в пласте с максимальной пористостью,,398905 с оцг. Р фиг ставнтель И. ТрофимоваТехред Е. Борисова ррект Заказ 3701/15 ЦИзд,2061ИПИ Государственного комитета по делам изобретений Москва, Ж, Раушская Биография, пр.Сапунова,г арпа7Ы едактор С. Хейфи Тираж 755Совета Миниоткрытийнаб., д. 4/5 Леизерман Подписное