Расчет нейтронной пористости по двухзондовой аппаратуре нейтронного каротажа

1.

РАСЧЕТ НЕЙТРОННОЙ ПОРИСТОСТИ
ПО ДВУХЗОНДОВОЙ АППАРАТУРЕ
НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА
Выполнил ст. гр. ГФ-17-02
Исламов А.М.
Проверил: преподаватель
Морозова Е.А.

2.

Физические основы методов
Нейтрон - нейтральная (не обладающая электрическим зарядом) ядерная частица
. Нейтроны
устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный нейтрон - нестабильная частица,
распадающаяся на протон, электрон и электронное антинейтрино с выделением энергии 0.78 МэВ:
При поглощении нейтрона испускаются протона р, α-частицы, двух-трех нейтронов или гамма-квантов.
Составное ядро, возникающее при захвате нейтронов, переходит в возбужденное состояние и распадается
различными способами зависимо от степени возбуждения, определяющейся энергией нейтрона.
Взаимодействие нейтронов с веществом заключается в упругом и неупругом столкновении с ядром с потерей
части энергии, т.е. в замедлении нейтрона, и в захвате нейтрона ядром (рис.1.1).
Рисунок 1.1 - Схема взаимодействия нейтрона с ядром

3.

Неупругое рассеяние нейтронов (n, n’) – пороговая реакция,
,
, при которой ядро оказывается в возбужденном состоянии и энергия возбуждения снимается путем изучения γквантов неупругого рассеяния.
Неупругое рассеяние нейтронов происходит только при взаимодействии быстрых нейтронов с
веществом и преимущественно на тяжелых ядрах элементов. Необходимо отметить, что на ядрах
водорода невозможно неупругое рассеяние, поскольку водород не образует составного ядра. Спектр γизлучения неупругого рассеяния (ГИНР) является индивидуальной характеристикой ядра. Неупругие
рассеяния происходят главным образом при первых столкновениях нейтронов с атомными ядрами.
Упругое рассеяние нейтронов (n, n) – это ядерная реакция
лишь кинетические энергии и направления движения нейтронов.
, при которой меняются
При упругом рассеянии между нейтроном и ядром происходит перераспределение энергии без
изменения внутреннего состояния ядра. Если кинетическая энергия нейтрона больше кинетической
энергии ядра, то рассеянный нейтрон замедляется, а ядро ускоряется, и наоборот.
Величина потери энергии определяется типом столкновения нейтрона и ядра, и массой
бомбардируемого ядра. Максимальная потеря энергии нейтроном происходит при центральном
столкновении его с ядром и при малом массовом числе А ядра.
В горных породах чаще всего происходит упругое рассеяние быстрых нейтронов на ядрах легких
элементов. Вследствие этого наилучшими замедлителями быстрых нейтронов являются среды с
высоким водородосодержанием, а водород - аномальным замедлителем нейтронов

4.

Радиационный захват нейтронов (n, γ) – реакция , приводящая к поглощению нейтронов и
испусканию квантов, называемых γ-излучением, радиационного захвата (ГИРЗ). Спектр ГИРЗ –
индивидуальная характеристика ядра. Для медленных нейтронов и для многих атомных ядер
сечение радиационного захвата
При этом для водорода оно равно 0,33; потому вода и нефть – «средние» поглотители нейтронов.
Для хлора оно равно 33, т.е. на два порядка больше; поэтому пластовая вода даже со сравнительно
невысокой минерализацией (около 50-70г NaCl на 1л) является вдвое более сильным поглотителем.
Испускаемые при радиационном захвате гамма-кванты, за исключением пород, богатых бором и
литием, где кроме гамма-квантов образуются также альфа-частицы, характеризуются различной
энергией (до 10 МэВ) и своим собственным энергетическим спектром, который используется для
определения элементного состава горных пород. Причем характер взаимодействия нейтронов с
ядром не зависит от химических связей ядра с другими элементами.
Таким образом, нейтроны, испускаемые источником быстрых нейтронов и попавшие в горную
породу, относительно быстро замедляются в результате упругих и частично неупругих соударений
и захватываются ядрами по реакции радиационного захвата (n, γ), имея энергию около 0,025 эВ.

5.

Виды нейтронных методов
Нейтронные методы различаются видом регистрируемого вторичного излучения, вызванного
воздействием на породу первичных нейтронов источника, а также режимом источника.
Источник может быть импульсным, то есть и спускать нейтроны в течение небольших интервалов
времени, между которыми источник выключен, или же стационарным, то есть излучать нейтроны
практически непрерывно. Соответственно говорят об импульсных (ИНМ) и стационарных нейтронных
методах (СНМ).
Стационарный нейтронный метод (НМ) основан на облучении горных пород быстрыми нейтронами и
регистрации надтепловых или тепловых нейтронов, а также γ-излучения радиационного захвата
нейтронов (ГИРЗ). Разновидности, базирующиеся на регистрации надтепловых нейтронов, тепловых
нейтронов и ГИРЗ, называют соответственно нейтрон-нейтронным методом по надтепловым (ННМ-НТ)
и тепловым (ННМ-Т) нейтронам, нейтронным гамма-методом (НГМ).
Нейтрон-нейтронный метод по надтепловым нейтронам (ННМ-НТ) состоит в измерении плотности
потока нейтронов, замедленных в системе скважина - пласт, детектором, находящимся на определенном
расстоянии (называемом размером зонда) от стационарного источника нейтронов, в процессе
перемещения измерительного прибора по стволу скважины.
Нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам (ННМ-Т) заключается в регистрации плотности
нейтронов, диффундирующих в системе скважина - пласт после их замедления до тепловых энергий.
Нейтронный гамма-метод (НГМ) состоит в регистрации плотности потока гамма-квантов,
возникающих в пласте и скважине в результате поглощения замедленных и тепловых нейтронов
атомными ядрами.

6.

Задачи, решаемые с помощью нейтронного каротажа
Основные задачи, решаемые с помощью НК – литологическое расчленение разрезов и
выделение нефтенасыщенных, водонасыщенных и газонасыщенных коллекторов,
определение коэффициентов пористости и водородосодержания пород, нахождение
водонефтяного (ВНК) и газожидкостного (ГЖК) контактов.
Определение коэффициента пористости основано на связи показаний НК с
водородосодержанием пород. Среди задач, решаемых нейтронными методами, особое
значение имеет количественное определение водородосодержания.
В осадочных горных породах, не содержащих химически связанной воды,
водородосодержание зависит от пористости. Количественное определение пористости
необходимо для решения многих задач, начиная с поисков и разведки нефтяных и
газовых месторождений и кончая контролем их выработки.

7.

Использование данных исследований нейтронными методами
для определения интересуемых параметров

8.

Практическая часть

9.

Градуировочные характеристики для двухзондовой
аппаратуры нейтронного каротажа

10.

11.

Поправки за влияние изменения диаметра
скважины в диапазоне от 150 до 250 мм

12.

Поправки за влияние минерализации
промывочной жидкости
При минерализации до 100 г/л соответствующие поправки не вводятся.

13.

Поправки за влияние минерального
состава породы

14.

15.

16.

Алгоритм расчета нейтронной пористости
в программе Prime

17.

18.

19.

Выводы
НК используется для решения разнообразных задач, связанных с
поисками и разведкой месторождении нефти и газа и с контролем за
эксплуатацией этих месторождений. Методы НК имеют небольшую
глубинность исследования, и на их результаты большое искажающее
влияние оказывают диаметр скважины, свойства заполняющей ее
жидкости, характер глинистой корки. Для уменьшения этого влияния
применяются двухзондовые установки НК.
В результате работы модуля по расчету нейтронной пористости по
двухзондовой модификации аппаратуры нейтронного каротажа
программа позволяет расчитать коэффициенты нейтронной и
кажущейся нейтронной пористости, которая отличается истинного
значения вследствие различных реальных геолого-технических условий
измерений и условий, принятых при построении палеток.

20.

Спасибо за внимание