Раздел  «Машиностроение.  Металлургия»

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
жүзінде  зерттелді.  Қол  жеткізілген  нәтижелерге  сүйе-
ніп келесідей  қорытындылар  жасауға болады: 
1.  Жүргізілген  тәжірибелер  фрикциялық  бұрғы-
лаумен  болат  3  ӛңдеуді  жүзеге  асыру  үшін  n  >  3000 
айн/мин  қамтамасыз  ету  қажет  екендігін  және 
жылдамдық  қаншалықты  үлкен  болса,  ӛңделген  беттің 
сапасы 
соншалықты 
жоғарылайтынын 
кӛрсетті. 
Сонымен  қатар  беріс  шамасы  фрикциялық  бұрғылау 
кезінде  материалды  ӛңдеу  процесіне  айтарлықтай әсер 
етпейді. 
.  Болат 
  фрикциялық  бұрғылап  ӛңдеуді  қара-
пайым  білдектерде  n  ≤  3000  айн/мин;  S  =  0,1-0,2 м/сек 
кесу  тәртіптерінің  шегінде  орындауға  болатындығына 
кӛз жеткізілді. 
.  Фрикциялық  бұрғылау  процесінде  ӛңделетін 
материалдың  түйісу  қабаттарында,  сонымен  қатар  құ-
рал  материалының  ӛзінде  құрылымдық  және  фазалық 
ӛзгерістер  орын  алады.  Жанасатын  беттердің  жұқа 
беттік  қабаттарында  орын  алатын  бұл  құбылыстар 
жоңқаның  құралмен  үйкелісі  кезінде  ӛте  үлкен  мәнге 
ие  болады,  сондықтан  да  осы  жердегі  материалдың 
қасиетінің  негізгі  материалдың  қасиетінен  айырмашы-
лығы болады. 
4.  Термофрикциялық  бұрғылау  механизмін  толық 
айқындау  үшін  келешекте  келесі  бағыттарда  ғылыми-
зерттеу жұмыстарын жүргізу қажет: 
– ӛңделетін  материалдағы құрылымдық ӛзгерістер; 
–  фрикциялық  бұрғылау  режимдері  мен  құрал 
геометриясының  ӛзгерісі  кезінде  ӛңделетін  беттің  сапа 
кӛрсеткіштерін  ӛзгеру заңдылықтары; 
–  түйісу  аймағындағы  пластикалық  деформация 
процесінің  температуралық-деформациялық  заңды-
лықтары. 
ӘДЕБИЕТТЕР  ТІЗІМІ
 
  Шеров  К.Т.  Исследование  теплового  и  деформационного  полей  в  процессе  термофрикционной  отрезки  /  Научный 
журнал «Истеъдод» Ташкент: Изд-во ТашГУ, 1999. № 3(13). С.26-
 
  Зарубицкий  Е.У.,  Костина  Т.П.,  Покинтелица  Н.И.  Особенности  процесса  резания  при  термофрикционной обработке // 
Конструирование  и  производство  транспортных  машин:  Респ.  межвед.  науч.-техн.  сб.  Вып.  18.  –  Харьков:  Вища  шк., 
Изд-во при ХГУ, 1986. С. 79-
 
  Шеров  К.Т.,  Жетесова  Г.С.,  Уалиев  Д.Ш.  и  др.  Способ  термофрикционной  обработки  плоскости  и  конструкция диска 
трения // Инновационный  патент  № 22998 РК на изобретение  15.10.2010, бюл. № 10. 
  Шеров  К.Т.,  Жетесова  Г.С.,  Шеров  А.К.  и  др.  Способ  термофрикционной  режуще-упрочняющей  обработки 
цилиндрических  поверхностей  и  конструкция  диска  трения  //  Инновационный  патент  №  25649  РК  на  изобретение. 
16.04.2012г., бюл. № 4. 
  Шеров К.Т.,  Байжабагинова Г.А., Имашева К.И., Шеров А.К. Влияние коэффициента трения на качественные показатели 
термофрикционной  обработки  // 
Технология  машиностроения.
  М .:  Издательский  центр  «Технология  машиностроения», 
2012. № 12 (126). С.22-
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 550.83 
 
Возможности импульсной нейтронной 
гаммаметрии при геофизических 
исследованиях скважин 
 
Ю.Н. ПАК, д.т.н., профессор,  руководитель  отдела РУМС, 
М.В. ПОНОМАРЕВА, к.т.н., доцент, 
Д.Ю. ПАК, к.т.н., доцент, 
А. ЕЛЬШИН, магистр, преподаватель, 
Карагандинский  государственный  технический  университет,  кафедра  геофизики 
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 

 
 
 
Ключевые  слова:  нейтронный  метод,  гамма-излучение,  скважина,  нейтрон,  интенсивность, 
нефтенасыщенность,  пористость, порода, минерализация, каротаж. 
 
адача  контроля  нефтенасыщенности  коллекторов 
может  решаться  различными  модификациями 
геофизических  методов:  акустические,  электрические, 
термические,  ядерные.  Последние  находят  более 
широкое 
применение 
на 
эксплуатируемых 
месторождениях, 
где 
скважины 
обсажены 
металлической  колонной [1]. 
Результаты  стационарных  нейтронных  методов  с 
применением  ампульных  нейтронных  источников  в 
общем  случае  зависят  не  только  от  нейтронно-
замедляющих  и  поглощающих  свойств  горных  пород, 
но  и  от  скважинных  условий  (наличие  обсадной 
колонны,  цементного  кольца,  ближняя  зона).  С 
помощью  стационарных  методов  можно  разделять 
пласты, 
насыщенные 
нефтью 
и 
сильно 
минерализованной 
водой, 
в 
силу 
различия 
поглощающих 
свойств. 
В 
противном 
случае 
дифференциация результатов  метода незначительна. 
Идея  использования  импульсных  нейтронных 
методов  для  исследования  скважин  принадлежит 
академику  Г.Н. Флерову. За счет импульсного режима 
(введения  временной  координаты)  удается  раздельно 
изучать  процессы  замедления  и  диффузии  нейтронов, 
соответственно  оценивать  параметры,  влияющие  на 
эти процессы. 
Дифференциация 
пород, 
определение 
нефтенасыщенности  и  пористости  осуществляется  по 
нейтронным  параметрам:  среднему  времени  жизни 
тепловых  нейтронов  и  коэффициенту  диффузии. 
Известно,  что  пресная  вода  и  нефть  обладают 
близкими  значениями  времени  жизни  тепловых 
нейтронов,  соответственно  204  и  206  мкс.  Увеличение 
солености  воды  приводит  к  уменьшению  времени 
жизни.  Так,  при  концентрации  NaCl  в  пластовых 
водах  до  50  г/л  среднее  время  жизни  тепловых 
нейтронов  уменьшается  до  100  мкс.  Такое  различие 
минерализованной  пластовой  воды  и  нефти  в 
нейтронно-поглощающих 
свойствах 
положено 
в 
основу 
определения 
нефтенасыщенности  пород 
интегральными  импульсными  нейтронными методами 
 
По 
оценкам 
разных 
авторов, 
контроль 
нефтенасыщенности  пластов  указанными  методами 
возможен при выполнении  ряда условий:  
- минерализация  пластовой  воды  не  менее  30-70 
г/л  NaCl.  Чем  ниже  минерализация,  тем  точность 
определения снижается; 
- отсутствие 
зоны  проникновения  фильтрата 
промывочной 
жидкости 
и 
восстановление 
минерализации  в  этой  зоне  до  первоначального 
(известного)  значения. 
Таким  образом, степень минерализации пластовых 
вод  служит  определяющим  фактором  достоверной 
оценки насыщенности пластов. 
Установлено,  что  определение  коэффициента 
нефтенасыщенности 
интегральным 
импульсным 
нейтронным  методом  вполне  осуществимо  при 
коэффициенте 
пористости 
10-15% 
и 
высокой 
минерализации  200-250  г/л  NaCl,  а  при  коэффициенте 
пористости 
15-20% 
– 
достаточно 
меньшей 
минерализации 100-150  г/л NaCl. 
При 
разведке 
и 
разработке 
нефтяных 
месторождений 
получили 
применение 
две 
модификации: 
импульсный 
нейтрон-нейтронный 
метод  (ИННМ)  и  импульсный  нейтронный-гамма 
метод  (ИНГМ).  Последняя  модификация  имеет 
разновидности, 
связанные 
с 
природой 
регистрируемого гамма-излучения. 
Мировой 
опыт 
проведения 
геофизических 
исследований  скважин  для  оценки  нефтенасыщенных 
пород  свидетельствует,  что  наиболее  эффективным 
является  спектрометрический  метод  импульсного 
нейтронного-гамма  каротажа,  называемый  углеродно-
кислородным  каротажем.  Данный  метод  позволяет 
решать 
поставленную 
задачу 
независимо 
от 
минерализации  пластовых  и  нагнетаемых  вод  и 
измерять 
непосредственно 
в 
околоскважинном 
пространстве  содержание  углерода  и  кислорода,  а 
также  ряд  сопутствующих  элементов,  таких  как 
кальций, 
кремний, 
хлор 
и 
другие. 
Путем 
соответствующих 
методик 
интерпретации 
полученных 
парциальных 
результатов 
можно 
определять  параметр насыщенности [  
Углеродно-кислородный  метод  основывается  на 
получении  информации  о  массовой  доле  содержания 
углерода  и  кислорода,  связанных  с  содержанием 
нефти  и  воды  в  исследуемых  коллекторах. Основными 
инструментальными  геофизическими  параметрами 
данного  метода  определения  нефтенасыщенности 
пород  являются  отношения  скоростей  счета  в 
энергетических 
интервалах  спектра  нейтронного 
гамма-излучения  неупругого  рассеяния  быстрых 
нейтронов  (ГИНР)  на  ядрах  углерода  и  кислорода,  а 
также  кальция  и  кремния  в  спектре  гамма-излучения 
радиационного захвата  тепловых  нейтронов (ГИРЗ). 
Процесс 
замедления 
быстрых 
нейтронов, 
длящийся  порядка  нескольких  первых  микросекунд, 
происходит  в  результате  упругих  и  неупругих 
рассеяний. 
Вероятность 
неупругого 
рассеяния 
быстрых  нейтронов  тем  выше,  чем  выше  энергия 
нейтронов.  При  неупругом  рассеянии  ядро-мишень 
возбуждается,  и  в  течение короткого времени (~10  с) 
при  переходе  из  возбужденного  в  нормальное 
состояние  испускается  мгновенное  вторичное  гамма-
излучение 
(ГИНР). 
Спектр 
ГИНР 
служит 
индивидуальной 
характеристикой 
элемента. 
Дальнейшее  замедление  происходит  в  основном  за 
счет  упругих  рассеяний,  при  которых  не  возникает 
вторичного 
гамма-излучения. 
Наилучшим 
замедлителем  быстрых  нейтронов  является  водород. 
Замедленные 
до 
тепловых 
энергий 
нейтроны 
захватываются 
ядрами 
элементов, 
испытывая 
радиационный 
захват 
который 
сопровождается 
испусканием  мгновенного  гамма-излучения  (ГИРЗ)  с 
энергией, свойственной для  каждого  элемента. 
В 
таблице 
даны 
нейтронные-гамма 
характеристики 
основных 
породообразующих 
элементов. 
З
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
У  основных  индикаторных  элементов  (углерод, 
кислород)  сечение  радиационного  захвата  σ
рз
  очень 
мало,  а  вероятность  неупругого  рассеяния  σ
нр
 
достигает 
немалой 
величины, 
что 
создает 
предпосылки 
для 
их 
идентификации 
путем 
спектрометрии 
гамма-излучения 
неупругого 
рассеяния.  Кремний  и  кальций  как  элементы, 
характеризующие  литологию  пласта  (терригенный, 
карбонатный), 
имеют 
различные 
нейтронные 
характеристики  (сечение  взаимодействия,  энергия), 
что 
благоприятствует 
применению 
импульсной 
нейтронной-гамма 
спектрометрии 
для 
оценки 
принадлежности  пласта. 
Таким 
образом, 
в 
основе 
импульсного 
нейтронного-гамма 
метода 
для 
оценки 
нефтенасыщенности  лежит  различие  содержания 
углерода  и  кислорода  в  нефти  и  воде.  Содержание 
углерода  в  нефтях  колеблется  в  диапазоне  82-
  а 
кислорода  –  0,02-1,65%.  Содержание  кислорода  в  воде 
составляет  85,82  %. 
Различие  энергий  ГИНР  на  ядрах  углерода  (4,43 
мэВ)  и  кислорода  (6,13  мэВ)  способствует  тому,  что 
интенсивности 
гамма-квантов, 
измеренные 
в 
указанных  энергетических  областях  нейтронного-
гамма  спектра  в  первом  приближении,  были 
пропорциональны  концентрации  этих  элементов.  Это 
дает 
возможность 
определения 
относительного 
содержания элементов в горных  породах. 
Анализ  современного  состояния  методики  и 
аппаратуры  импульсных  нейтронных  гамма  методов 
позволяет  сформулировать  основные  требования  к 
спектрометрии ГИНР  и ГИРЗ нейтронов: 
- возможность  разделения  спектров  неупругого 
рассеяния и радиационного захвата  по времени; 
- использование 
высокочастотных  (10-20  кГц) 
генераторов  нейтронов  со  стабильными  временными 
характеристиками; 
- дискретность  энергетической  и  временной  шкал 
спектрометра; 
- достаточная  эффективность  регистрации  ГИНР  и 
ГИРЗ по основным определяемым компонентам; 
- надежная 
система 
стабилизации 
и 
идентификации  энергетической  и  временной  шкал 
спектрометра. 
При 
реализации 
углеродно-кислородного 
каротажа  широко  применяется  отношение  скоростей 
счета  в  энергетических  интервалах  спектра  ГИНР, 
соответствующих  углероду  (~4,43 мэВ)  и  кислороду 
(~6,13  мэВ). 
Для  коррекции  отношения  С/О  за  влияние 
литологии  пластов  (вещественного  состава  слагающих 
пород)  рассчитываются  аналогичные  отношения 
Са/Si. 
В  ряде  приборов,  реализующих  импульсный 
нейтронный-гамма  метод  в  варианте  углеродно-
кислородного 
каротажа, 
применяется 
сложное 
метрологическое 
обеспечение. 
Расчетами 
определяется  долевой  вклад  каждого  элемента  в 
общем  спектре  вторичного  излучения,  называемый 
выходом  элемента.  По  выходу  элемента  определяют 
концентрации  элемента  на  основе  математической 
вероятности  взаимодействия  нейтронов  с  данным 
элементом.  Эта  процедура  наиболее  сложная.  Выход 
породообразующих  элементов  Са  и  Si  получают  как 
из  спектра  ГИНР,  так  и  спектра  ГИРЗ.  Выходы 
элементов  углерода  и  кислорода  получают  из 
спектров ГИНР. 
Чаще  всего  в  процессе  обработки  используют 
отношение  С/О  и  параметр  литологии  (кальций/крем-
ний).  Основная  идея  состоит  в том, что интенсивности 
ГИНР  и  ГИРЗ  подвержены  возмущающему  действию 
окружающей 
породы 
(плотность, 
пористость, 
нейтронные  замедлители  и  поглотители)  и  ближней 
зоны  (буровой  раствор,  каверны,  корпус  прибора  и 
т.д.). 
Влияние 
этих 
факторов 
в 
различных 
энергетических  диапазонах  примерно  одинаково,  в 
особенности если интервалы  расположены рядом. 
Более 
прост 
в 
аппаратурном 
исполнении 
импульсный  нейтронный гамма-метод, основанный на 
облучении  пород  импульсным  потоком  быстрых 
нейтронов  и  регистрации  мгновенного  ГИНР  на ядрах 
углерода, 
кислорода, 
кремния 
и 
кальция 
с 
дополнительным 
использованием 
опорного 
водонасыщенного  пласта  [4].    На  нем  определяют 
время жизни тепловых 
 
Нейтронные-гамма характеристики  элементов 
Элемент 
Среднее содержание в горных породах,  
% 
Сечение,  барн. 
Энергия, мэВ 
σ
нр 
σ
рз 
Е
НР 
Е
РЗ 
H 
 
 
 
- 
 
C 
 
 
 
 
- 
О 
 
 
 
 
- 
Si 
 
 
 
 
 
Ca 
 
 
 
 
 
Fe 
 
 
 
 
 
 
нейтронов  τ,  отношение интенсивностей ГИНР ядрами 
углерода 
и 
кислорода 
(N
С
/N
O
), 
отношение 
интенсивностей  ГИНР  ядрами  кальция  и  кремния 
(N
Ca
/N
Si
).  Необходимость  выполнения  совокупности 
указанных  измерений  доказана  на  примере  оценки 
насыщенности  пластов,  а  точнее,  контроля  положения 
водонефтяного 
контакта. 
Вещественный 
состав 
твердой  фазы  горных  пород,  в  порах  которых 
залегают 
вода 
или 
нефть, 
характеризуется 
значительной 
изменчивостью. 
В 
значительных 
пределах  меняются  также  пористость  пород  и 
минерализация  пластовых  вод.  Все  это  сказывается  на 
поле 
нейтронов 
и 
нейтронно-замедляющих 
и 
нейтронно-поглощающих 
свойствах. 
Измеряемые 
отношения  интенсивностей  N
C
/N
O
  и  N
Ca
/N
Si
  дают 
количественную 
информацию 
о 
соотношении 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
указанных 
элементов 
углерод/кислород, 
кальций/кремний  в  зоне  действия  импульсного 
нейтронного-гамма  метода  (~ 20 см).  Однако  они  не 
учитывают  в  достаточной  мере  дестабилизирующее 
влияние  переменной  пористости  пород  (в  порах 
залегает 
нефть, 
вода), 
литологии 
пластов 
и 
скважинных  условий  измерений  (обсадная  колонна, 
цементное кольцо). 
Время  жизни  тепловых  нейтронов  τ  зависит  от 
скелета  породы,  пористости  породы  и  характера 
заполнения пор (вода,  минерализация, нефть).   
Дифференцированное  нормирование  текущего 
времени  жизни  тепловых  нейтронов  по  величине 
,
i
оп
i
оп
f
 



  где  τ
оп
  –  время  жизни  тепловых 
нейтронов  в  опорном  пласте,  позволяет  учесть 
нейтронно-поглощающие  свойства  среды  в  сравнении 
с опорным водонасыщенным пластом. 
Величина 
отношения 
N
C
/N
O
 
характеризует 
насыщенность  пласта  соответствующим  флюидом 
(вода,  нефть),  а  отношение N
Ca
/N
Si
 несет информацию 
о  литологической  принадлежности  пласта  (песчаник, 
известняк). 
Дифференцированное  нормирование  измеренных 
отношений по величине 
.
.
C
Ca
C
Ca
O
Si
O
Si
i
оп
i
C
Ca
O
Si
оп
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N

 



 


 

 






 
на  показания 
опорного 
пласта 
делают 
результаты 
способа 
инвариантными 
к 
переменной 
пористости 
и 
скважинным  условиям  измерений,  что  повышает 
достоверность  определения  водонефтяного  контакта 
по  данным  измеренных  текущих значений величин f
i
 и 
Ψ
i
. 
Отличительным  моментом  данной  методики 
является  то,  что  предварительно  на  опорном 
водонасыщенном  пласте  определяют  время  жизни 
тепловых  нейтронов  τ
оп
,  отношение  интенсивностей 
гамма-излучения  неупругого  рассеяния  быстрых 
нейтронов  ядрами  углерода  и  кислорода  N
C
/N
O
, 
отношение 
интенсивностей 
гамма-излучения 
неупругого  рассеяния  быстрых  нейтронов  ядрами 
кальция  и  кремния  N
Ca
/N
Si
,  измеряют  текущие 
значения  τ,  N
C
/N
O
,  N
Ca
/N
Si
,  а  водонефтяной  контакт 
находят  путем  сравнения  измеренных  значений 
отношений  f
i
  и  Ψ
i
  с  априорно  установленными 
граничными  значениями  f
гр.
  и  Ψ
гр.
,  определяющими 
принадлежность 
пласта 
к 
водоносному 
или 
нефтеносному. 
В  процессе  импульсного  облучения  потоком 
быстрых  нейтронов  от  импульсного  генератора 
нейтронов  с  энергией  14  МэВ практически в моменты 
нейтронных  вспышек  (без  времени  задержки)  в 
энергетических 
окнах, 
соответствующих 
линиям 
неупругого  рассеяния  углерода  (4,43  МэВ),  кислорода 
(6,1  МэВ),  кальция  (3,74  МэВ)  и  кремния  (1,78  МэВ) 
измеряют 
соответствующие 
интенсивности 
N. 
Длительность  нейтронного  импульса  25  мкс.  Период 
следования  очередных  импульсов 2000  мкс. 
Время  жизни  тепловых  нейтронов  определяют  по 
временной 
зависимости 
спада 
интегральной 
интенсивности  вторичного  гамма-излучения  или 
плотности  потока  тепловых  нейтронов.  Исследования 
выполнены  с  помощью  аппаратуры  импульсного 
нейтронного  метода  АИМС.  В  качестве  опорного 
пласта  выбирают  водонасыщенный  пласт  с  высокой 
пористостью. 
На 
выбранном 
опорном  пласте 
определяют 
τ
оп.
, 
N
C
/N
O
, 
N
Ca
/N
Si
.  В  процессе 
геофизических  исследований  неизвестных  пластов 
измеряют  текущие  значения  этих  трех  параметров  и 
находят  нормированные  значения  Ψ
i
  и  f
i
.  На  основе 
обработки  и  комплексной  интерпретации  результатов 
исследований 
большого 
числа 
скважин 
и 
пластопересечений 
с 
известными 
данными 
о 
насыщении  пласта  (вода  или  нефть)  предварительно 
устанавливают  граничные  значения  Ψ
гр.
 
и  f
гр.
, 
определяющие  положение  водонефтяного  контакта. 
Сравнивая  измеренные  текущие  значения  Ψ
i
  и  f
i
  с 
граничными,  определяют  принадлежность  пласта  к 
водоносному или нефтеносному. 
В  процессе  импульсного  облучения  потоком 
быстрых  нейтронов  от  импульсного  генератора 
нейтронов  с  энергией  14  МэВ практически в моменты 
нейтронных  вспышек  (без  времени  задержки)  в 
энергетических 
окнах, 
соответствующих 
линиям 
неупругого  рассеяния  углерода  (4,43  МэВ),  кислорода 
(6,1  МэВ),  кальция  (3,74  МэВ)  и  кремния  (1,78  МэВ) 
измеряют 
соответствующие 
интенсивности 
N. 
Длительность  нейтронного  импульса  25  мкс.  Период 
следования  очередных  импульсов 2000  мкс. 
Время  жизни  тепловых  нейтронов  определяют  по 
временной 
зависимости 
спада 
интегральной 
интенсивности  вторичного  гамма-излучения  или 
плотности  потока  тепловых  нейтронов.  Исследования 
выполнены  с  помощью  аппаратуры  импульсного 
нейтронного  метода  АИМС.  В  качестве  опорного 
пласта  выбирают  водонасыщенный  пласт  с  высокой 
пористостью. 
На 
выбранном 
опорном  пласте 
определяют 
τ
оп.
, 
N
C
/N
O
, 
N
Ca
/N
Si
.  В  процессе 
геофизических  исследований  неизвестных  пластов 
измеряют  текущие  значения  этих  трех  параметров  и 
находят  нормированные  значения  Ψ
i
  и  f
i
.  На  основе 
обработки  и  комплексной  интерпретации  результатов 
исследований 
большого 
числа 
скважин 
и 
пластопересечений 
с 
известными 
данными 
о 
насыщении  пласта  (вода  или  нефть)  предварительно 
устанавливают  граничные  значения  Ψ
гр.
 
и  f
гр.
, 
определяющие  положение  водонефтяного  контакта. 
Сравнивая  измеренные  текущие  значения  Ψ
i
  и  f
i
  с 
граничными,  определяют  принадлежность  пласта  к 
водоносному или нефтеносному. 
Исследованиями импульсного нейтронного гамма-
метода  на  нефтяном  месторождении  Узень  найдены 
следующие  граничные  значения,  определяющие 
нефтенасыщенность  пластов: 
при Ψ < 2% 
f
 
при Ψ 
-
 
f
 
при Ψ > 4% 
f
 

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: