Geum.ru

Развитие импульсного нейтронного каротажа (инк) за рубежом

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   2   3

Компания Mobil Research and Development сопровождала процесс создания генератора PNP для проведения каротажа ИНК по времени замедления большими объемами экспериментальных работ и расчетами Монте-Карло.

Из приведенных измерений на моделях [13-18], сопоставленных с расчетами Монте-Карло, следует, что измеряемый диапазон времени составляет 4 - 50 мкс. Для измерений использован модельный полигон в Хьюстоне (API) (известняк, песчаник, доломит, с пористостью 1.87; 18.7; 40%), а также малые модельные блоки различной литологии и пористости 40х40х66 см); модельный полигон компании Mobil в Далласе (Техас). Основные особенности выполненных экспериментов содержат новые оригинальные элементы. Кривая распределения медленных нейтронов во времени по аналогии с аналогичной кривой для тепловых нейтронов, распадается на две экспоненты: скважины и пласта. Эффективное время замедления (время жизни надтепловых нейтронов по терминологии авторов) в скважине составило 2.7 мкс (в воде 2.2 мкс),в пласте менялось от 2.7 до 40 мкс (с уменьшением пористости от 100 до 1.8%). Эксперименты выполнены на физической установке, параметры которой отличаются от параметров скважинного генератора PNP. Длительность импульса равна 2 мкс, частота 6.25 кГц (интервал измерения 160 мкс). Использован спектрометр по времени пролета М541 с 256-канальным анализатором Nuclear Data M6613 (ширина окна 0.125 мкс, период измерений 32 мкс).

Для измерений использован сравнительно новый сцинтилляционный детектор-германат висмута (BGO) размерами 51х51 см. Сравнительные характеристики этого детектора и преимущества его использования в спектрометрических каналах регистрации обсуждаются в

подготавливаемом мною обзоре. (Состояние и перспективы спектрометрии скважинных измерений. Аналитический обзор по зарубежным данным).


* * *

Особый интерес вызывает применение в скважинах полупроводниковых детекторов (ППД) в сочетании с генератором нейтронов, поскольку аналогичное направление развивается и в нашей стране в течение 20 лет. Компания Princeton Gamma Tech Inc (PGT), которая теперь называется Princeton Geophysical Service Inc, выпустила третье поколение скважинной аппаратуры [45] с полупроводниковым детектором (ППД) и высокочастотным генератором нейтронов и провела серию непрерывных и точечных измерений на различных моделях для оценки возможности его применения в нефтяной промышленности. С 1970 г. было выпущено три прибора: 1 - для геологической службы США (USGS), 2 - для компании Шлюмберже. Конструкция нового прибора следующая. Детектор из сверхчистого германия имеет размеры 5.1х5.1 см (объем 100 см ). Он расположен в сосуде Дюара вместе с твердым хладоагентом. Предварительно прибор охлаждается и затем выдерживает постоянную температуру (30 град. С) в течение 11 час при внешней температуре 100 С (среднее время фазового перехода хладоагента). В приборе использована высокочастотная (20 кГц) нейтронная трубка нейтронного генератора, представленная Дрессер Атлас. В приборе использованы два 4000 канальных анализатора, аналого-цифровой преобразователь с временем срабатывания 12 мкс и максимальной частотой пропускания 70 кГц. В скважинном приборе размещен также буфер с емкостью 8 бит на канал (всего 64 К). Интервалы опроса скважинной аппаратуры - через 2 сек, причем в наземной части спектры записываются на магнитную ленту.

Аппаратура раздельно регистрирует спектры неупругого рассеяния и радиационного захвата нейтронов. Длительность импульса генератора около 5 мкс, неупругое рассеяние регистрируется в окне 15 мкс, радиационное гамма-излучение - в следующем окне 35 мкс, интервал между импульсами 50 мкс. Приведена серия примеров применения аппаратуры на различных моделях и скважинах. 1) На моделях песчаников, насыщенных пресной и соленой водой, измерены спектры в 5 мин интервалах. Прибор разграничивает пресное и соленое насыщение при концентрации 1 г/л NaCl в модели и 2.5 г/л в реальной скважине, против 20 г/л NaCl для NaJ-детектора. 2) Измерен спектр гамма-излучения неупругого рассеяния в парафиновом блоке толщиной 5 см, окружающем прибор. Четко разграничиваются линии 4.43 МэВ от углерода и линии 6.13 от кислорода. 3) Представлены обе серии спектров, снятые на моделях известняка и песчаника. На основе этих первых измерений предложена схема литологического расчленения пород и их насыщения, предлагающая измерение отношений H/Si, C/O, Si/O, C/Si. 4) Эти и другие отношения проверены в серии экспериментов на моделях мрамора, известняка и писчего мела. Показана расчленяющая возможность метода посредством построения кроссплотов Ca/H=f(C,C/O,C/Ca). 5) Выполнена серия измерений в 8 реальных скважинах в штатах Оклахома и Калифорния в непрерывном и точечном режимах с использованием Сf-252. Представлены спектры НГК в диапазоне 1-8 МэВ и дискретные измерения Cl/H и Si/H в сопоставлении с керном. 6) При проведении измерений с генератором нейтронов приведены точечные спектры в отложениях мела, глин, а также суммарные спектры для интервала мощностью 36м. Кроссплот Ca/Si позволяет расчленять карбонатный интервал разреза.

Компания Chevron Oil Field Research Co [46] провела испытания описанной выше аппаратуры в обсаженных скважинах с целью оценки перспектив этого прибора в сопровождении процессов эксплуатации нефтегазовых месторождений. Проведены методические работы с целью выбора спектральных окон для регистрации линий хлора, а также С/О отношения в обсаженных скважинах. В работе [47] представлена другая конфигурация скважинного генератора нейтронов и ППД детектора, разработанного компанией ARCO Oil and Gas Co (Plano, Texas, USA). Длина прибора 12.46 м, диаметр 90 мм. Генератор Kaman A-320II, частота 1-3 кГц, выход 10**14 n/sec (!?). Детектор сверхчистый германий, эффективность 10-14% по отношению к 7.56х7.56 NaJ кристаллу. Держит температуру 100 С в течение 12час. Анализатор на 4096 каналов, 2 буфера (неупругое рассеяние и радиационный захват), разрешение 12 бит, загрузка канала 255. Скорость передачи данных 19.200 Бод. Приведены результаты измерений на моделях и в скважинах, из которых следует удовлетворительная сходимость кривых, снятых на скорости 60 м/ч, с традиционными измерениями с NaJ детектором.

Заявляется возможность проводить количественное определение Cl, Si, Ca, S, Fe, H, K в обсаженных скважинах при непрерывных измерениях с выдачей полного спектра (4000 каналов) через каждые 61 см. Более точные измерения требуют дискретного режима с экспозицией в каждой точке в течение 15 мин. Среди заявленных геофизических задач упоминается оценка водо-нефтяного контакта остаточной нефтенасыщенности, литологических различий, сопровождение процессов гидроразрыва.

Вопросам практической интерпретации ИНК отдельно и в комплексе с другими методами каротажа посвещено огромное количество работ, полностью перечислить которые нет никакой возможности. Остановимся на обзоре практических приемов интерпретации ИНК, выполненном специалистами Exxon Co. Обзор касается так называемых сложно построенных коллекторов свиты Woodbine, Cockfield Frio (сильно заглинизированные песчаники)[48]. В обзоре отмечено, что такая интерпретация является не только наукой но и искусством (а по мнению автора обзора, только такие случаи двигают интерпретацию вперед). Последнее проявляется в умении найти опорные пласты, базовые линии (минимальные или максимальные опорные параметры в разрезе)и т.д. Описано 5 приемов количественной интерпретации ИНК: 1) правило "правой руки" разграничения пород по насыщению при условии, что глинистость остается постоянной; 2) использование кроссплота "сигма-пористость" для минерализованных пластовых вод без коррекции глинистости; 3-4) коррекция сигма матрицы на глинистость в предположении постоянства свойств глин резервуара и постоянной или переменной глинистости коллектора; 5) коррекция каротажа в предположении постоянства свойств песчанной фракции в пределах резервуара. Записана алгоритмическая реализация этих приемов.

В обширном обзоре [49], содержащем ссылки на 99 работ, дан сопоставительный анализ различных скважинных геофизических методов оценки текущей и остаточной нефтенасыщенности с учетом различий в глубинности методов. Как и другие зарубежные обзоры, этот также демонстративно не содержит ссылок на советские работы.

Приведена сводная таблица рассмотренных методов, которая включает следующие группы методов: 1) анализ керна; 2) каротаж-сопротивлений; 3) диэлектрический и электромагнитный каротаж; 4) ядерно-магнитный каротаж; 5) гамма-каротаж; 6) каротаж неупругого рассеяния по схеме углерод-кислородного отношения; 7) импульсный нейтронный каротаж в традиционной схеме; 8) метод индикаторов в одно- и многоскважинном вариантах; 9) скважинная гравиметрия; 10) дебитометрия. Все методы применены в традиционной схеме, а также в схеме каротаж-воздействие-каротаж с различными реагентами (вода, спецреагенты, хлорированные нефти и т.д.). Приведены парные и множественные сопоставления методов.

Сопоставлены между собой профили остаточной нефтенасыщенности по продуктивным интервалам, полученные разными методами. Выявлены и детально обсуждены различия между системами измерений, причем внимательный читатель легко увидит, что ИНК в различных модификациях (в частности, в сочетании с изотопами и LIL - Log-Injection-Log) выдвигается на центральное место в задачах оценки остаточной нефтенасыщенности. Этим обстоятельством в конечном итоге и определяется расширение масштабов применения ИНК, несмотря на рост стоимости аппаратуры.


Резюме.

Все ведущие зарубежные геофизические компании (Schlumberger, Dresser, Halliburton) выпустили новое поколение генераторов нейтронов (третье или четвертое в зависимости от классификации).

Технические характеристики скважинной аппаратуры характеризуются следующим:

1. Все генераторы являются высокочастотными (1 кГц и выше). Низкочастотных образцов просто нет. С методической точки зрения это исключает необходимость бороться с перегрузками (просчетами) и требует организации измерений в интервале между импульсами, равным 800 мкс и менее (без выхода на асимптотический участок).

2. Основное большинство типов генераторов реализуют двухзондовый принцип измерения. Это означает, что однозондовый принцип не позволяет скорректировать диффузионные поправки и определить макросечение захвата (МЗ) или сигма-пласта с точностью, требуемой современными количественными методами интерпретации ИНК.

3. Однозондовые схемы измерений реализованы только в генераторе PNP (Mobil), где измеряется время замедления, и дифуззионные поправки не важны, и некоторых опытных образцах (PGT, GLT), где спектральные отношения автоматически корректируют диффузионные искажения.

4. Только два генератора используют режим ИННК. (PNP Mobil и DSNT-Halliburton). Остальные аппараты используют режим ИНГК.Явно заявлено и показано на примерах, что генераторы TDT-P, TDT-M Schlumberger и РDK-100 Dresser реализуют спектрометрические режимы неупругого рассеяния и радиационного захвата.

Двухимпульсный двухзондовый генератор TDT-P позволяет более надежно разделить процессы неупругого рассеяния от процессов радиационного захвата. Однако пока еще рано считать этот генератор представителем нового поколения, так как пока неясно, можно ли этим генератором решать новый класс геофизических задач.

5. Временной режим регистрации включает набор окон увеличивающейся ширины. Это обеспечивает примерно равные статистические погрешности, надежное разделение экспоненциальных участков пласта и скважины и определение МЗ пласта и скважины. Для TDT-P и РDK-100 временной режим содержит паузу (выключенный генератор) для определения естественных и активационных гамма-фонов.

6. В большинстве типов аппаратуры мониторируется выход генератора (принцип мониторирования не всегда ясен) и используется компьютерный контроль основных блоков аппаратуры.

7. Скважинные генераторы конструктивно допускают наращивание узлов при создании комплексной аппаратуры (GLT, PGT, ARCO), причем длина скважинного прибора может достигать 9-12 м. При этом проблем с передачей информации не возникает. Полностью передается временной или энергетический спектр для записи на поверхности на магнитные носители. Скорость передачи 10-30 кБод (максимальная частота до 70 кГц). Емкость буфера скважинного прибора до 64 К. Частота опроса 2-3 сек.

8. Продолжается совершенствование скважинных ППД спектрометров для работы с генераторами нейтронов: увеличение термостойкости, выхода генератора, возможность непрерывных измерений. Показана принципиальная возможность решения большинства методических задач нефтегазовых объектов. Однако масштаб практического применения этих приборов не расширяется.

9. Разработка всех новых типов генераторов сопровождается значительными объемами экспериментального моделирования (специально созданные модели, допускающие смену насыщения и различную конструкцию обсадки; эталонные скважины) и большими объемами компьютерного моделирования. Последнее реализуется на рабочих станциях VAX и SUN и в последнее время на мощных РС. Для приближенного моделирования используются конечные разности, для прецизионного моделирования метод Монте-Карло. Оба вида моделирования образуют единую оптимальную систему, которая охватывает весь диапазоп измерения параметров задачи и аппаратуры. При моделировании Монте-Карло используются, как правило, универсальные программы ядерной физики, которые работают существенно медленнее (5-10 раз), чем специализированные геофизические программы.

10. Показано, что количественная интерпретация ИНК невозможна без экспериментального определения МЗ на образцах пород (и флюидов). Появилось много публикаций, описывающих схемы измерения МЗ а также расчет петрофизических параметров пород с использованием новейших библиотек ядерных данных (ENDFB/V) и петрофизических программ (SNUPAR). Средняя погрешность измерений МЗ составляет 0.5 см (относительная), 1.0 c.u. (абсолютная).

11. Система записи измерений ИНК содержит полную магнитную запись исходной информации (архив) и набор вспомогательных файлов (до 15 файлов). Этот набор содержит первичную информацию (скорости света в каналах, фоны, мониторирование) и вторичные файлы (МЗ пласта, скважины на каждом из зондов). В набор обязательно включается какой-либо параметр качества измерений (например, стандартное отклонение для МЗ пласта), по которому программа оценки качества оперативно (на устье скважины) оценивает каротажный материал.

12. Системы обработки и интерпретации ИНК, как правило, теперь не описываются, поскольку по-видимому, составляют коммерческую тайну. Обработка состоит в вычислении МЗ пласта и скважины (с использованием, как правило, итерационных процедур), и обязательной оценки качества (например, с помощью программ "Log Quality Control" для бортового процессора CSU Schlumberger или системы интерпретации PLS Hallburton). Системы комплексной интерпретации каротажа имеют ярко выраженный фирменный характер и являются предметом отдельного разговора.

13. В кратком резюме не представляется возможным подытожить весь спектр применений ИНК на нефтегазовых объектах. Наиболее важный вывод состоит в том, что ИНГК в спектрометрических вариантах демонстрирует явное преимущество перед ИННК, состоящее в многообразии методических возможностей (регистрация спектров, линий, отношений гамма-излучения неупругого рассеяния, радиационного захвата и активации; элементный анализ пород и флюидов, оценка технического состояния, профилей притока в скважинах и т.д.). По этой причине масштаб применений спектрометрии ИНГК несопоставимо шире ИННК.


БИБЛИОГРАФИЯ.

1. Теория нейтронных методов исследования скважин. С.А. Кантор, Д.А. Кожевников, А.Л. Поляченко и др. Недра 1985, 224 с.

2. Достижения в методах и средствах проведения каротажа скважин. Обзоры ВНИИОЭНГ, серия "Геология, геофизика и разработка нефтегазовых месторождений, N 17", С.Б. Денисов, Б.Н. Еникеев,

Б.Е. Лухминский и др. 1988, 69 с.

3. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C., Recent Developments in Nuclear Oil Well Logging, IAEA-SM-308/51, Vienna 5-8.06.1990, pp 2-18.

4. Schweitzer J.E. Nuclear Techniques in Oil Industry. Nucl. Geophysics. 5 N1/2,1991, pp 65-90.

5.Steinman D.K., Adolph R.A., Mahdavi M., Preeg W.A. Dual-Burst Thermal Decay Time Logging Principles. SPE Formation Evaluation,june 1988, pp 377-385.

6. Steinman D.K., Adolph R.A., Mahdavi M., Marienbach E., Preeg W.E., Wraight P.D. Dual-Burst Thermal Decay Time Logging Principles, 61-Annual SPE Conf. New-Orlean 1986, SPE - 15487

7. Dual-Burst TDT-Service. Schlumberger, 1988

8. Randall R.R., Oliver D.W., Fertl W.H. The TDK-100 Enhances Interpretation Capabilities for Pulsed Neutron Capture Logs 27-th SPWLA Annual Logging Symposium, june 9-13, 1976, JJJ1-JJJ16.

9. Buckanan J.c., Clearman D.K., Heidbrink L.J., Smith N.D.Jr. Application of TMD Pulsed Neutron Logs in Unusual Downhole Logging Environments. 25-th SPWLA Annual Logging Symp. june 10-13, 1984, KKK1-16.

10. Precision Logging System. Welex, a Halliburton Systems 1985.

11. Quality Curves, Indicator of Excellence. Welex, a Halliburton System, 1988.

12. Gartner M.L., Schnoor C., Sinclair P. An Accelerator-Based Epithermal Neutron Porosity Tool, 27-th SPWLA Ann. Log. Syst., june 9-13, 1986, UU1-UU17.

13. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C. Pulsed Neutron Porosity Logging, 29-th SPWLA Ann. Log. Symp.,june 5-8,1988, KK1-KK21.

14. Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Die-away of Epithermal Neutron Capture Gamma-rays Following a Neutron Pulse, Nucl. Geophys. 5, N 1/2, 1991, pp 13-20.

15. Mills W.R., Allen L.S., Stromswold D.C. Pulsed Neutron Porosity Logging Based on Epithermal Neutron Die-away. Nucl. Geophys. 2,N 2, 1988, pp 81-93.

16. Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Advanced in Nuclear Oil Well Logging, Nucl. Geophysics, 5, N 3, 1991, pp 209-227.

17.Mills W.R., Stromswold D.C., Allen L.S., Comment on The Monte Carlo Method in Mining Nuclear Geophysics, 1. Application of Neutron Generators. (Burmistenko and Lukhminsky). ibid pp 373-376.

18. Wilson R.D., Stromsworld D.C., Mills W.R., Cook T.K. Porosity Logging Using Epithermal Neutron Lifetime Monte Carlo Simulations. Nucl. Geophysics 3, N 4, 1989, pp 323-334.

19. Burmistenko Yu.N., Lukhminsky B.E., The Monte Carlo Method in Mining Nuclear Geophysics - 1. The Application of Neutron Generators Nucl. Geophysics 4, N 2, 1990, pp 169-182.

20. А/с N 274252 от 12.06.1965 "Нейтронно-резонансный способ элементного анализа горных пород" (В.Ф. Горбунов, С.А. Денисик, Е.М. Кадисов, Б.Е.Лухминский и др).

21. Shope L.A., Berg R.S., O'Neal M.L., Barnaby B.F., The Operation and Life of the Zetatron Neutron Tube in a Borehole Logging Application, Nucl. Geophysics, Ed. C.Clayton, Pergamon Press, 1983, pp 269-271.

22. Butler J., Clayton C.G., A New Philosophy for Calibrating Oil Well Logging Tools Based on Neutron Transport Codes, SPWLA - 25-th Ann. Symp., june 10-13, 1984, FFF1-FFF26.

23.Sanders L.G., Kemshell P.B., Computer Modelling as an Aid to Neutron and Gamma-Ray Log Interpretation, SPWLA - 25-th Ann Symp., ibid QQQ1-QQQ26.

24. Kemshell P.B., Wright W.V., Sanders L.G. Application of Monte Carlo Perturbation Methods to a Neutron Porosity Logging Tool Using DUCKPOND/McBEND. ibid PPP1-PPP18.

25. Butler J., Locke J., Packwood A. A New Facility for the Investigation of Nuclear Logging Tools and their Calibration. SPWLA- 27-th Ann. Symp., june 9-13, 1986, HHH1-HHH24.

26. Tittle C.W. Model Wells for Nuclear Well Logging, Nucl. Geophysics 3, N 3, 1989, pp 193-202.

27. Бeкурц К., Виртц К., Нейтронная физика, Атомиздат 1966 г., 456 с.

28. Физические основы импульсных нейтронных методов исследования скважин, Недра, 1976 г.,160 с. (Шимелевич Ю.С., Кантор, С.А., Школьников А.С. и др)

29. Миллер В.В. Атомная энергия 22, с. 33.

30. Czubek J.A. Measurement of Macroscopic Neutron Cross-Sections and Other Macroparameters of Rocks. Raport N 1281/AP, Inst. of Nucl. Physics, Kracow, 1985, p 46.

31. Czubek J.A., Drozdowicz K., Krynicka-Drozdowicz E. at al. Measurement of the Thermal Neutron Absorption Cross Section of Rock Samples. Nucl. Geophysics (ed. C.G.Clayton) Pergamon Press,

1983, pp 143-151.

32. Czubek J.A., Drozdowicz K., Gabanska B., et al. Advances in Absolute Determination of the Rock Matrix Absorption Cross Section for Thermal Neutron. Nucl. Geophysics. 5, N 1/2, 1991, pp 101-107.

33. Bang V.D, Dien L.D., Hai N.Q. et al, A New Approach to the Problem of Thermal Neutron Absorption Cross Section Determination for Small Samples, Nucl. Geophysics 5, N 1/2, 1991 pp 95-100.

34. Karus E.V., Shimelevich Yu.S., Nuclear Geophysics in Prospecting, Exploration and Development of Oil and Gas Fields, Nucl. Geophysics, ed. C. Clayton, Pergamon Press, 1983, pp 95-118.

35. Karus E.V. at al, Proc. UNIV Intern. Conf. Geneva, 1978.

36. Dunn K.-J., Diffusion Model for Pulsed Neutron Logging, Geophysics, 54 (100-113) , 1989.

37. Schlumberger Log Interpretation Principles/ Applications. Schlumberger Educational Services, 1989.

38. Schlumberger Historical Charts. Schlumberger Educational Services, 1989.

39. Derosset W.H.M. Examples of Detection of Water Flow by Oxygen Activation on Pulsed Neutron Logs., 27-SPWLA, june 9-12, 1986, pp CCC.

40. Ruhovets N., Wyatt D.F. Quantitative Monitoring of Gas Flooding in Oil Bearing Reservoirs Using Pulsed Neutron Tool. XIII European Formation Evaluation Symp. oct 1990, Hungary, pp W.

41. Lawrence T.D., Scott B., Harris M. Continuons Carbon/ Oxygen and Neutron Lifetime Log Proposed Interpretation for Organic and/or Shaly Depositional Environments. 25-SPWLA, june

10-13, 1983, pp QQ.

42. Grau J.A., Schweitzer J.S. Elemental Concentrations from Thermal Neutron Capture Gamma-ray Spectra in Geological Formations. Nucl. Geophysics 3, N 1, 1989, pp 1-9.

43. Herron M.M. Geochemical Classification of Terrigeneous Sands and Shales from Core and Log Data. Journ. of Sedimentary Petrology 58, N 5, 1988, pp 820-829.

44. Edgson J.J. MacFarlane C.J. Cased Hole Logging Technique to Evaluate Reservoirs in New and Old Wells. Journ. of Canadian Petroleum Technology 27, N 4, 1988, pp 30-43.

45. Baicker J.A., Sayres A., Schladale S., Dudek J., Stone J.M. Carbone/Oxigen Logging Using a Pulsed Neutron Generator and Germanium Cryosonde. 26-SPWLA, june 17-20, 1985, pp BBB.

46. Neuman C.H. Test of a High-Resolution Spectroscopy Log to Measure Chlorine in a Low-Salinity Reservoir. SPE, 1986, paper N 15438.

47. Myers G.D. Practical Pulsed Neutron Spectroscopy Logging with a High Resolution Gamma-ray Detector. 29-SPWLA, june 5-8, 1988, pp RR.

48. Hart P.E., Pohler M.A. Pulsed Neutron Log Analysis Techniques and Results for the Gulf Coast and East Texas Sandstones. 30-SPWLA, june 10-14, 1989, pp Y.

49. Chang M.M., Maerafat N.L., Tomutsa L., Honarpur M.M. Evaluation and Comparison of Residual Oil Saturation Determination Techniques. SPE Formation Evaluation, march 1988, pp 251-262.