способ определения текущей нефте- и газонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения текущей нефте- и газонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах, основанный на одновременном измерении сечения захвата или времени жизни тепловых нейтронов, параметра активации кислорода и естественной радиоактивности пород, отличающийся тем, что измерение сечения захвата тепловых нейтронов и регистрацию гамма-квантов, образующихся при распаде ядер активированного кислорода, проводят по показаниям каждого из детекторов последовательно в интервале времени между двумя импульсами излучения нейтронов, по полученным данным по формуле:

Кв=((JOк-Jк скв)-Jкм(1-Кп-Кгл)-JкглКгл)/JквКп,

где JOк - измеренная скорость счета импульсов кислородного активационного каротажа;

Jк скв - скважинная компонента кислородного каротажа;

Jкм, Jкв, Jкгл - компоненты, связанные с содержанием кислорода в скелете породы, воде и глинах соответственно;

Кп и Кгл – коэффициенты пористости и глинистости пород;

определяют коэффициент водонасыщенности коллекторов, а затем по формулам

Кг=(м-a-мКп+(в-н)((JОк-Jк скв)-Jкм (1-Кп-Кгл)-

JкглКгл)/Jкв+нКп))/((н-г)Кп),

Кн=(1-Кв)-Кг,

где м=ск(1-Кп-Кгл)+глКгл - сечение захвата тепловых нейтронов в твердой матрице породы;

a - измеренное при каротаже значение сечения захвата тепловых нейтронов;

н, в, г, ск и гл - сечение захвата тепловых нейтронов в нефти, воде, газе, скелете породы и глинах соответственно;

определяют коэффициенты газонасыщенности (Кг) и нефтенасыщенности (Кн) коллекторов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорости счета гамма-квантов, образующихся при распаде ядер активированного кислорода, регистрируют двумя расположенными ниже источника быстрых нейтронов детекторами, показания зондов Jк1 и Jк2 с учетом разницы точек их записи приводят к единой глубине и по формуле

JОк=(JК1(exp(Z1T/H))+JK2(exp(Z2T/H)))/(1+),

где Z1 и Z2 - зондовые расстояния между мишенью ускорительной трубки источника нейтронов и детекторами;

=ln2/T - постоянная распада активированного ядра N¹⁶, равная 0,0943 1/с;

Т - период полураспада активированных ядер N¹⁶, равный 7,35 с;

Н - шаг квантования по глубине;

=2/1 - соотношение эффективности детекторов; определяют среднюю скорость счета, пропорциональную количеству активированных ядер кислорода в начальный момент времени в точке облучения среды быстрыми нейтронами;

Т - время прохождения прибором расстояния, равного шагу квантования измерений по глубине.

3. Устройство для определения текущей нефте- и газонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах, состоящее из скважинного прибора с управляемым импульсным источником быстрых нейтронов, телеметрической системы передачи информации, первого и второго детекторов гамма-квантов с усилителями импульсов, первого и второго формирователей импульсов, входы которых соединены с выходом первого детектора гамма-квантов, третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом второго детектора гамма-квантов, первой, второй и третьей схем пропускания, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего формирователей импульсов и первый одновибратор, вход которого соединен с входом запуска управляемого импульсного источника нейтронов и поверхностного компьютеризованного регистратора с программно управляемым источником питания, отличающееся тем, что в него введены управляемый генератор импульсов, выход которого соединен со входом управляемого импульсного источника быстрых нейтронов, четвертый формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго детектора гамма-квантов, шесть одновибраторов, пять схем пропускания и девять счетчиков, причем выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего одновибратора и вторым входом четвертой схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом третьего счетчика, выход третьего одновибратора соединен с входом четвертого одновибратора и вторым входом первой схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход четвертого одновибратора соединен с входом пятого одновибратора и вторым входом третьей схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом пятого счетчика, выход пятого одновибратора соединен с входом шестого одновибратора и вторым входом шестой схемы пропускания, выход которой соединен с счетным входом шестого счетчика, выход шестого одновибратора соединен с входом седьмого одновибратора и вторыми входами второй, пятой, седьмой и восьмой схем пропускания, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого, второго, седьмого и восьмого счетчиков, выход седьмого одновибратора соединен со счетным входом девятого счетчика и с управляющим входом телеметрической системы передачи информации, выход которой соединен со входами сброса первого-девятого счетчиков, выходы которых соединены с информационными входами телеметрической системы передачи информации, первые входы четвертой и пятой схем пропускания соединены с выходом первого формирователя импульсов, первые входы шестой и седьмой схем пропускания соединены с выходом третьего формирователя импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефте- и газопромысловой геофизики и может быть использовано при контроле за разработкой залежей нефти и газа.

При разработке месторождений нефти и газа возникает необходимость определения текущего коэффициента нефте- и газонасыщенности коллекторов - объектов, находящихся в разработке, или потенциальных объектов разработки. Этот параметр может определяться путем бурения дополнительных оценочных скважин с отбором и последующим анализом керна, а также исследованием вскрытого разреза комплексом геофизических методов (ГИС). Однако такой путь определения текущих параметров насыщения пластов, во-первых, довольно трудоемок, а, во-вторых, не достигает результата при насыщении пластов трехфазным (вода, нефть и газ) флюидом. Это связано с тем, что при поднятии керна газ улетучивается и определение коэффициента газонасыщенности породы по керну затрудняется, а по комплексу ГИС на основе методов сопротивления определяется лишь комплексный параметр - коэффициент общей нефтегазонасыщенности.

Известны способы определения текущей нефте- и газонасыщенности пород на основе применения импульсного нейтронного каротажа (ИНК) в случае двухфазного насыщения пород (вода-нефть или вода-газ) и достаточно высокой минерализации (более 50 г/л) пластовых вод [1, 2]. При невыполнении этих условий метод ИНК в интегральном исполнении не решает поставленную задачу. В случае низкой минерализации пластовых вод или обводнения объектов эксплуатации закачиваемыми пресными водами, для определения текущей нефтенасыщенности коллекторов применяют спектрометрическую модификацию ИНК на основе раздельной регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода и кислорода (С/О каротаж) [3]. Однако в случае трехфазного насыщения пород этот метод в лучшем случае не решает задачу, а в худшем - вводит в заблуждение, поскольку количество ядер углерода в единице объема пор в зависимости от нефте- или газонасыщенности сильно меняется.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ раздельного определение текущей нефте-и газонасыщенности [4], заключающийся в том, что после пакеровки интервала вскрытого перфорацией пласта с помощью импульсного источника быстрых нейтронов измеряют сечение захвата тепловых нейтронов и регистрируют гамма-кванты, образующиеся при распаде активированных ядер кислорода. Затем циклически закачивают в перфорированный пласт жидкость с известными свойствами для изменения характера насыщения в прискважинной зоне пласта и производят очередные измерения сечения захвата тепловых нейтронов и регистрацию гамма-излучения активированных ядер кислорода. По результатам сопоставления данных, полученных "до" и "после" закачки жидкости, определяют текущую нефте- и газонасыщенность коллектора.

Для реализации способа в том же патенте предложено устройство, содержащее генератор быстрых нейтронов с частотой срабатывания не менее 1000 Гц и три детектора гамма-квантов, один из которых расположен существенно ниже источника нейтронов и предназначен для регистрации гамма-квантов, образующихся при распаде активированных ядер кислорода, другой - непосредственно выше источника нейтронов для регистрации гамма-квантов радиационного захвата тепловых нейтронов, третий - существенно выше источника нейтронов и предназначен для регистрации естественного гамма-излучения пород.

Недостатком способа, описанного в [4], являются значительные временные затраты на спуско-подъемные операции, а также высокая трудоемкость, связанная с установкой разобщающих пакеров и закачкой различных растворов для раздельного оттеснения нефти и газа, а также охват исследованиями только перфорированных пластов.

Предложенное устройство также имеет недостатки, связанные с неоптимальным режимом измерения активации кислорода, привлечением дополнительного детектора для регистрации естественного гамма-излучения. При этом, несмотря на избыточность количества детекторов гамма-квантов, не предусмотрена регистрация параметра пористости, необходимого для количественного определения параметров текущей нефте- и газонасыщенности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, описанное в [5], содержащее скважинный прибор, наземный блок питания и управления, временной анализатор и регистратор.

Скважинный прибор, в свою очередь, содержит импульсный источник нейтронов, два сцинтиляционных детектора гамма-излучения, один из которых расположен выше источника нейтронов и образует прямой зонд, а другой расположен ниже источника нейтронов и образует обращенный зонд, два усилителя импульсов, три формирователя импульсов, три схемы пропускания, управляющий одновибратор, схему сбора информации.

Недостатком данного устройства является неоптимальное расположение детекторов, которое не позволяет использовать его для разработки методики кислородной активации, а также невозможность использования предложенной измерительной схемы для получения комплекса параметров, необходимых для определения текущей нефтеи газонасыщенности коллекторов.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения однозначности определения текущего значения нефте- и газонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах при насыщении их трехфазным (нефть, вода, газ) флюидом, особенно в условиях низкой минерализации пластовых вод, а также создание устройства для реализации предлагаемого способа.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, основанном на одновременном измерении сечения захвата или времени жизни тепловых нейтронов, параметра активации кислорода и естественной радиоактивности пород, измерение сечения захвата тепловых нейтронов и регистрацию гамма-квантов, образующихся при распаде ядер кислорода, проводят по показаниям каждого из детекторов последовательно в интервале времени между двумя импульсами излучения нейтронов, по полученным данным по формуле

Кв=((JОк-Jкскв)-Jкм(1-Кп-Кгл)-JкглКгл)/JквКп,

где JОк - измеренная скорость счета импульсов кислородного активационного каротажа; Jкскв - скважинная компонента кислородного каротажа; Jкм и Jкгл - компоненты, связанные с содержанием кислорода в скелете породы и глинах соответственно; Кп и Кгл - коэффициенты пористости и глинистости пород,

определяют коэффициент водонасыщенности коллекторов, а затем по формулам

Кг=(м-a-мКп+(в-н)(((JОк-Jкскв)-Jкм(1-Кп-Кгл)-

JкглКгл)/Jкв+нКп))/((н-г)(Кп),

Кн=(1-Кв)-Кг,

где м=ск(1-Кп-Кгл)+глКгл - сечение захвата тепловых нейтронов в твердой матрице породы; a - измеренное при каротаже значение сечения захвата тепловых нейтронов; н, в, г, ск и гл - сечения захвата тепловых нейтронов в нефти, воде, газе, скелете породы и глинах соответственно;

определяют коэффициенты газонасыщенности (Кг) и нефтенасыщенности (Кн) коллекторов.

Отличительными признаками предложенного способа являются регистрация сечения захвата или времени жизни тепловых нейтронов, параметра активации кислорода и естественной радиоактивности пород по показаниям каждого из детекторов последовательно в интервале времени между двумя импульсами излучения нейтронов, определение коэффициента водонасыщенности коллектора, а затем по полученным данным определение коэффициентов нефте- и газонасыщенности коллекторов в соответствии с вышеприведенными формулами. Это позволяет повысить однозначность определения текущего значения нефте- и газонасыщенности коллекторов в обсаженных скважинах при насыщении их трехфазным (нефть, вода, газ) флюидом, особенно в условиях низкой минерализации пластовых вод.

Дополнительно предлагается скорости счета гамма-квантов, образующихся при распаде ядер активированного кислорода, регистровать двумя расположенными ниже источника быстрых нейтронов детекторами, показания зондов Jк1 и Jк2 с учетом разницы точек их записи приводить единой глубине и по формуле

JОк=(JК1(exp(Z1T/H))+JK2(exp(Z2T/H)))/(1+),

где Z1 и Z2 - зондовые расстояния между мишенью ускорительной трубки источника нейтронов и детекторами; =ln2/T - постоянная распада активированного ядра N¹⁶, равного 0,0943 1/с; Т - период полураспада активированных ядер N¹⁶, равный 7,35 с; Н - шаг квантования по глубине; =2/1 - соотношение эффективности детекторов;

определять среднюю скорость счета, пропорциональную количеству активированных ядер кислорода в начальный момент времени в точке облучения среды быстрыми нейтронами.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, состоящее из скважинного прибора с управляемым импульсным источником быстрых нейтронов, телеметрической системы передачи информации, первого и второго детекторов гамма-квантов с усилителями импульсов, первого и второго формирователей импульсов, входы которых соединены с выходом первого детектора гамма-квантов, третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом второго детектора гамма-квантов, первой, второй и третьей схем пропускания, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего формирователей импульсов, и первого одновибратора, вход которого соединен с входом запуска управляемого импульсного источника нейтронов и поверхностного компьютеризованного регистратора с программно управляемым источником питания.

В отличие от известного предлагаемое устройство содержит управляемый генератор импульсов, выход которого соединен со входом управляемого импульсного источника быстрых нейтронов, четвертый формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго детектора гамма-квантов, шесть одновибраторов, пять схем пропускания и девять счетчиков, причем выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего одновибратора и вторым входом четвертой схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом третьего счетчика, выход третьего одновибратора соединен с входом четвертого одновибратора и вторым входом первой схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход четвертого одновибратора соединен с входом пятого одновибратора и вторым входом третьей схемы пропускания, выход которой соединен со счетным входом пятого счетчика, выход пятого одновибратора соединен с входом шестого одновибратора и вторым входом шестой схемы пропускания, выход которой соединен с счетным входом шестого счетчика, выход шестого одновибратора соединен с входом седьмого одновибратора и вторыми входами второй, пятой, седьмой и восьмой схем пропускания, выходы которых соединены со счетными входами соответственно первого, второго, седьмого и восьмого счетчиков, выход седьмого одновибратора соединен со счетным входом девятого счетчика и с управляющим входом телеметрической системы передачи информации, выход которой соединен со входами сброса первого-девятого счетчиков, выходы которых соединены с информационными входами телеметрической системы передачи информации, первые входы четвертой и пятой схем пропускания соединены с выходом первого формирователя импульсов, первые входы шестой и седьмой схем пропускания соединены с выходом третьего формирователя импульсов.

Признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого к нему [5], обуславливают возможность одновременного измерения сечения захвата тепловых нейтронов, коэффициента пористости и естественной радиоактивности пород.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 - блок-схема скважинного прибора для осуществления предлагаемого способа;

на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу отдельных узлов скважинного прибора для одновременных измерений параметров, необходимых для определения сечения захвата тепловых нейтронов по двум зондам, функционала водородосодержания пород, естественной радиоактивности и активации кислорода (эти данные в дальнейшем используются для раздельного определения водо-, нефте- и газонасыщенности коллекторов).

Предложены и используются на практике различные способы измерения сечения захвата a или времени жизни тепловых нейтронов на основе анализа сигнала спада плотности тепловых нейтронов во времени, в том числе с разделением на скважинную и пластовую компоненты [6]. Эти способы наиболее однозначно и относительно легко реализуются при анализе сигнала, регистрируемого при импульсном нейтрон - нейтронном каротаже (ИННК), т.к. метод является бесфоновым. В случае же ИНГК требуется учет влияния фонового излучения естественной радиоактивности и активации ядер элементов, содержащихся в окружающей детектор гамма-квантов среде, в каждом временном канале многоканального анализатора. Последнее существенно затрудняет применение сложных методов многоканального анализа при ИНГК. Поэтому в предлагаемом изобретении для измерения сечения захвата тепловых нейтронов при ИНГК реализуется интегральная методика [7]. Она в варианте ИННК успешно опробована при исследовании разрезов скважин различных месторождений нефти и газа [8]. Если названные выше сложные методы анализа спада плотности тепловых нейтронов реализуются после окончания каротажа, чаще в камеральных условиях, то интегральная методика легко реализуется в реальном времени измерений непосредственно в процессе каротажа, что делает результаты каротажа контролируемыми, сокращает возможность получения брака.

Кислородный активационный каротаж реализуется путем измерения скорости счета гамма-квантов двумя, расположенными на разных расстояниях от источника нейтронов, детекторами после завершения процесса поглощения нейтронов после каждого срабатывания импульсного источника быстрых нейтронов и суммирования их показаний после приведения к моменту активации ядер кислорода (к моменту излучения быстрых нейтронов). Такой подход к реализации кислородного активационного каротажа повышает его чувствительность и снимает его зависимость от скорости каротажа.

Устройство для реализации предлагаемой методики состоит из скважинного прибора 1 (фиг.1) и связанного с ним через каротажный кабель 2 цифрового регистратора данных каротажа 3 с программно управляемым источником питания 4. Цифровой регистратор данных каротажа 3 представляет собой бортовой компьютер 5 с монитором 6.

В скважинном приборе 1 расположены импульсный источник быстрых нейтронов 7 на основе ускорительной трубки дейтонов с тритиевой мишенью 8, два детектора гамма-квантов 9 и 10, образующих два измерительных зонда, блок питания 11 электронных узлов скважинного прибора, блок телеметрии 12. Между излучателем нейтронов и детекторами гамма-квантов расположен экран 13 из замедлителя быстрых и поглотителя тепловых нейтронов. Энергоснабжение генератора нейтронов 7 осуществляется высоковольтным преобразователем 14, а частота его работы и цикл измерений всей измерительной системы в целом - задающим генератором импульсов 15. В качестве детекторов гамма-квантов 9 и 10 могут быть использованы высокоэффективные к регистрации гамма-квантов высокой энергии и слабоактивируемые в поле нейтронов сцинтилляционные детекторы, например, на основе CsJ(T1) или германата висмута (BGO) в термостате. Выходы детекторов подключены к усилителям импульсов 16 и 17. К выходам усилителей подключены по два компаратора (формирователя импульсов) - 18 и 19, 20 и 21 соответственно. Компараторы 19 и 21 имеют повышенный уровень дискриминации импульсов по амплитуде для отсечения гамма-квантов естественной радиоактивности пород, например, на уровне 3,0 МэВ. Два других компаратора имеют низкий уровень дискриминации для регистрации всех гамма-квантов, энергия которых превышает уровень фотоэлектрического поглощения, например 60 КэВ. Выход компаратора 18 подключен к информационным входам ключей 22, 23 и 24, выход компаратора 20 - к информационным входам ключей 25, 26 и 27, а выходы компараторов 19 и 21 - к информационным входам ключей 28 и 29 соответственно. Для организации режимов измерений в устройство введена времязадающая цепочка из одновибраторов 30-36. Выходы одновибраторов подключены к разрешающим входам ключей в измерительных цепях обоих зондов. К выходам всех ключей 22-29 и формирователя 36 подключены счетчики импульсов 37-45.

Устройство работает в режиме автогенерации или управляется с поверхности по телеметрической линии связи программными средствами каротажного регистратора. В режиме автогенерации при подаче питания в скважинный прибор 1 запускается задающий генератор импульсов 15. Импульс напряжения на выходе задающего генератора 15 инициирует срабатывание источника нейтронов 7 и запускает одновибратор начальной задержки 30 (эпюра 3, фиг.2). При срабатывании источника нейтронов 7 образуется поток быстрых нейтронов, часть из которых при взаимодействии с ядрами элементов окружающей среды активирует ядра отдельных элементов, а другая часть, замедляясь до тепловых энергий, поглощается в результате радиационного захвата. При взаимодействии быстрых нейтронов с ядрами кислорода О¹⁶ образуются активированные ядра N¹⁶, которые распадаются испусканием двух гамма-квантов с энергией 6,13 и 7,1 МэВ. Период полураспада активного ядра ¹⁶ составляет 7,3 с. При радиационном захвате образуются от одного до нескольких (например, трех при захвате нейтрона ядром хлора) гамма-квантов с различной энергией. Часть этих гамма-квантов регистрируются детекторами 9 и 10. Распределение потока импульсов во времени на выходах детекторов 9 и 10 за цикл измерения показано на эпюрах 1 и 2 (фиг.2) соответственно. Электрические импульсы с выхода детекторов 9 и 10 усиливаются усилителями 16 и 17, затем компараторами 18-21 формируются в импульсы напряжения одинаковой амплитуды и длительности. При этом компараторы 19 и 21 пропускают только те импульсы, амплитуда которых соответствует энергии гамма-кванта не менее 3,0 МэВ, т.е. превышает энергию излучения естественно радиоактивного тория (2,62 МэВ самая жесткая линия). Компараторы 18 и 20 пропускают импульсы, амплитуда которых выше уровня энергии фотоэлектрического поглощения (порядка 60 КэВ). (Отформированные по амплитуде и длительности импульсы с помощью времязадающей цепи из одновибраторов 31-36 и ключей 22-29 распределяются по трем временным окнам по каждому зонду - (t3-t2), (t4-t3) и (t5-t4) - для ближнего зонда и (t2-t1), (t4-t2) и (t5-t4) - для дальнего зонда. Длительность начальной задержки (эпюра 3 на фиг.2) выбирается в зависимости от длительности влияния скважинной компоненты спада плотности тепловых нейтронов в пределах 550-650 мкс. Ширина первых окон каждого зонда (эпюры 4 и 5) выбирается с учетом скорости спада плотности тепловых нейтронов в пределах 200-250 мкс. Ширина вторых окон (эпюры 7 и 6) задаются с учетом длительности процесса поглощения тепловых нейтронов в самой слабопоглощающей среде (например, газонасыщенные карбонатные коллекторы), т.е. она должна быть заведомо больше времени спада плотности тепловых нейтронов до нулевого уровня. В нефтегазоносных разрезах длительность спада плотности тепловых нейтронов обычно не превышает 3,5 мс. Исходя из этого, ширину второго временного окна можно выбирать в пределах 2,5-3,0 мс. Ширина третьего окна (эпюра 8) зависит от частоты работы генератора нейтронов 7 (задающего генератора 15). При частоте запуска генератора 20 Гц ширина третьего окна может составить порядка 45-46 мс. В принципе, ширины соответствующих окон обоих зондов могут быть равными, что несколько упростит техническую реализацию предлагаемой методики измерений. Однако, при этом возрастут статистические погрешности измерений сечения захвата тепловых нейтронов по дальнему зонду, т.к. скорости счета импульсов по дальнему зонду намного ниже, чем по ближнему. Поэтому в приведенном варианте реализации изобретения с учетом того, что влияние скважинных условий с ростом длины зонда уменьшается, приведен пример использования неравных по ширине вторых окон. Но для измерения параметра водородосодержания по отношению скоростей счета первого зонда к второму желательно, чтобы суммарная ширина первых двух окон ближнего зонда равнялась ширине второго окна дальнего зонда. В третьи временные окна каждого зонда попадают отсортированные по амплитуде импульсы естественного гамма излучения пород и активации ядер кислорода. Таким образом, попавшие в соответствующие временные окна импульсы суммируются в соответствующих счетчиках 37-44 в течение времени, определяемого шагом квантования опроса счетчиков с бортового компьютера 5. Шаг квантования, т.е. период опроса счетчиков, может задаваться как счетчиком глубины, так и таймером регистрирующего устройства 3. В счетчике 46 накапливается информация о количестве срабатываний генератора нейтронов за шаг квантования опроса счетчиков, которая затем используется для введения поправок в результаты измерений на “мертвое” время измерительных цепей.

Таким образом, телеметрической системой 12 после каждого опроса с поверхностного регистратора 3 по кабелю 2 передается информация:

N11 - количество импульсов, попавших в первое временное окно ближнего зонда;

N12 - количество импульсов, попавших во второе временное окно ближнего зонда;

N1ф - количество импульсов, попавших в третье (фоновое) окно ближнего зонда;

N1к - количество импульсов, попавших в третье (кислородное) окно ближнего зонда;

и соответственно N21; N22; N2ф; N2к - по дальнему зонду;

Кген - количество срабатывания генератора нейтронов за цикл (шаг квантования) измерений.

На поверхности эта информация бортовым компьютером 5 приводится к единой глубине с учетом разницы точек записи зондов и преобразуется в соответствующие скорости счета с вычетом фона из данных двух первых окон, введением поправок за “мертвое” время измерительных цепей, разделением естественного гамма - излучения и гамма - излучения активированных ядер кислорода:

J11=(N11/T)/(1-N11tм/(Кген(t3-t2)))+(N12/T)/(1-N12tм/ (Кген(t4-t3)))-N1ф(t4-t2)/((t5-t4)(T);

J12=(N12/Т)/(1-N12tм/(Кген(t4-t3)))-N1ф(t4-t3)/((t5-t4)(Т);

J21=(N21/Т)/(1-N21tм/(Кген(t2-t1)))+(N22/T)/(1-N22tм/ (Кген(t4-t2)))-N2ф(t4-t1)/((t5-t4)(Т);

J22=(N22/T)/(1-N22tм/(Kгeн(t4-t2)))-N2ф(t4-t2)/(t5-t4)(T);

JГК1=(N1ф-N1к)/(T(t5-t4)(fгенMgn1к);

JГK2=(N2ф-N2к)/(T(t5-t4)(fгeнMgn2к);

JК1=N1к/(Т(t5-t4)(fгенMg);

JK2=N2к/(T(t5-t4)(fгенMg),

где Mg - масштабный коэффициент, Mg=0,001, если t5 и t4 измеряется в [мс],

T - время прохождения прибором расстояния, равного шагу квантования измерений по глубине - измеряется в [с] или в [мин] в зависимости от того, в каких единицах измеряется скорость счета импульсов;

fген - частота срабатывания генератора нейтронов, в [Гц];

n1к и n2к - калибровочные коэффициенты, в (имп/с)/(мкР/ч).

Затем производится расчет параметров:

a1=(lnJ11-lnJ12)(Mf/(t3-t2), где Mf - масштабный коэффициент, равный 4550 при измерении a в единицах [е.з.] (c.u.), a t2 и t3 в мкс;

a2=(lnJ21-lnJ22)(Mf/(t2-t1);

W-ИНК=Bo+B1R+B2R2 - кажущееся водородосодержание (водонасыщенная пористость) пород по шкале известняка, где R=(J11/J22)/(J11/J22) вода; Во, В1 и В2 - коэффициенты уравнения зависимости показаний ИНК (R) от водонасыщенной пористости известняка, определяется путем измерений в моделях пласта с известной пористостью;

JОк=(JК1(exp(Z1T/H))+JK2(exp(Z2T/H)))/(1+) - средняя скорость счета, пропорциональная количеству активированных ядер кислорода в начальный момент времени в точке облучения среды быстрыми нейтронами, где Z1 и Z2 - зондовые расстояния между мишенью ускорительной трубки источника нейтронов и детекторами; =ln2/T - постоянная распада активированного ядра N¹⁶, равная 0,0943 1/с; Т - период полураспада активированных ядер N¹⁶, равный 7,35 с; Н - шаг квантования по глубине, измеряется в м; =2/1 - соотношение эффективности детекторов;

Кгл=f(Jгк), где Jгк=((Jгк1+Jгк2)/2) - средняя величина радиоактивности пород.

Приведенные выше параметры регистрируются в цифровой форме и могут отображаться на дисплее монитора бортового компьютера для контроля результатов измерений непосредственно в процессе каротажа. В дальнейшем, после введения соответствующих поправок за влияние скважинных условий и литологии, они используются для расчета геологических параметров исследуемых объектов.

Измеряемое сечение захвата тепловых нейтронов связано с параметрами одновременно водо- газо- и нефтенасыщенного пласта следующим уравнением:

а=м(1-Кп)+вКвКп+гКгКп+нКнКп, (1)

где м, в, г, н - сечения захвата тепловых нейтронов в матрице породы (включая глины), воде, газе и нефти соответственно; Кв, Кг, Кн - коэффициенты водонасыщенности, газонасыщенности и нефтенасыщенности пород; Кп - коэффициент пористости пород.

Измеряемый параметр кислородного каротажа JОк является суммой скважинной и пластовой компонент:

JОк=Jкскв+Jк породы (2)

Jкскв - определяется путем измерений в модели пласта, скважина которой вначале заполняется водой, а затем не содержащей кислорода жидкостью, например керосином. Скважинная компонента определяется как разность показаний двух измерений в указанных двух средах. Она тем меньше, чем меньше разность между диаметрами скважины (внутренним диаметром обсадной трубы) и скважинного прибора. Такие измерения с конкретным прибором производят в моделях с несколькими различными, наиболее часто встречающимися, диаметрами скважин. Тогда по результатам скважинных измерений легко определяется пластовая компонента кривой кислородного каротажа, которая связана с параметрами пласта:

Jк породы=Jкм(1-Кп-Кгл)+JкглКгл+JквКвКп, (3)

где Jкм, Jкгл, Jкв - компоненты активации кислорода, содержащегося в матрице породы, глинах и воде соответственно; Кгл - коэффициент глинистости пород.

Компонента, связанная с глинистостью, определяется по результатам измерений против опорных пластов глин:

Jкгл=((JОк-Jкскв)-Jкм(1-Кглоп))/Кглоп (4)

Компоненты Jкм и Jкв определяются путем измерений на моделях пласта, насыщенных углеводородами и водой при движении прибора по скважине снизу вверх:

Jкм=(JкСН-Jкскв)/(1-Кпмод), (5)

Jкв=((JкH₂О-Jкскв)-(JкCH-Jкскв)/(1-Кпмод))/Кпмод, (6)

где JкСН - показания прибора в насыщенной углеводородом модели пласта,

JкН₂О - показания прибора в водонасыщенной модели пласта,

Кпмод - пористость модели пласта.

Тогда, решая уравнение (3) относительно коэффициента водонасыщенности пород с учетом выражения (2), получаем:

Кв=((JОк-Jкскв)-Jкм(1-Кп-Кгл)-JкглКгл)/(JквКп) (7)

Теперь, подставляя выражение (7) в уравнение (1) и решая его относительно Кг с учетом того, что Кн=(1-Кв)-Кг, получаем:

Kг=(м-a-мKп+(в-н)(((JОк-Jкcкв)-Jкм(1-Kп-Kгл)-JкглKгл)/ Jкв+HКп))/((н-г)(Кп), (8)

где м=ск(1-Кп-Кгл)+глКгл

Коэффициент нефтенасыщенности определяется из уравнения баланса:

Кн=(1-Кв)-Кг

Коэффициенты пористости и глинистости определяются традиционными способами по результатам измерений геофизическими методами в необсаженной скважине или по результатам измерений W-ИНК и Jгк по предлагаемой методике с учетом водородосодержания глин и литологии. Ясно, что в последнем случае параметр Jгк может быть искажен влиянием радиогеохимических эффектов. Поэтому измерения генератором нейтронов по настоящему изобретению желательно сопровождать спектрометрией естественного гамма излучения пород в скважине (СГК) и глинистость и водородосодержание глин определять по ее данным, а данные Jгк использовать в основном для привязки материалов по глубине.

Важно также отметить, что наиболее эффективно предлагаемое изобретение может быть использовано при исследовании разрезов простаивающих без насосно-компрессорных труб или остановленных на капитальный ремонт скважин, т.к. диаметр скважинного прибора для получения максимального соотношения сигнала пласта и скважины должен быть близким к внутреннему диаметру колонны обсадных труб. Разность диаметра труб и прибора должна быть такой минимальной, чтобы обеспечивать лишь свободное прохождение прибора по стволу скважины.

Таким образом, предлагаемое изобретение в определенной степени является самодостаточным для раздельного определения текущих значений коэффициентов нефте-, газо- и водонасыщенности не вскрытых перфорацией пород-коллекторов независимо от минерализации пластовых вод.

Источники информации

1. Буров Б.М. и др. К вопросу количественной оценки нефтенасыщенности по материалам ИННК. Бюллетень НТИ Мингео СССР, серия “Региональная разведочная и промысловая геофизика”, №17, 1969;

2. Clavier C. et al. Qualitative Interpretation of Thermal Neutron Decay Time Log. "J. of Petrol. Thechnol." June, 1971.

3. The Multiparameter Spectroscopy Instrument Continues Carbon/Oxygen Log - MSI C/О: Presented at the Canadian Well Logging Society 10-th Formation Evaluation Symposium: Calgary, Alberta, September 29 - October 2, 1985.

4. Патент США №3817328, U.S. C1. 166/250, МКИ E 21 b 47/00.

5. Авторское свидетельство СССР №410353, МКИ G 01 v 5/00, E 21 b 47/00.

6. Урманов Э.Г., Цейтлин В.Г. и Прилипухов В.И. Методика определения декремента затухания плотности тепловых нейтронов и коэффициента пористости пород по данным двухзондовой аппаратуры ИНК/НТВ “Каротажник”, вып. 30, 1997 г.

7. Урманов Э.Г., Белосток Ю.В., Комлев Н.Ю. и Горбочев В.К. Интегральная методика регистрации и обработки данных двухзондового импульсного нейтронного каротажа //Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. - 1996. - №1.

8. Урманов Э.Г., Сверкунов А.Л. и Козяр Н.В. Результаты опробования интегральной методики регистрации и обработки данных импульсного нейтронного каротажа на месторождениях Западной Сибири., НТЖ “Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений”, №12, 1997 г.