Магистерская диссертация на соискание академической степени магистра Название диссертации Перспективы внедрения метода кнд- м как количественного определения


 Физические основы двухзондовой методики КНД-М



Pdf көрінісі
бет21/40
Дата26.10.2022
өлшемі3 Mb.
#45538
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   40
3.3.2 Физические основы двухзондовой методики КНД-М 
В двухзондовой аппаратуре КНД-М к основному зонду МНД добавлен 
дальний (относительно мишени генератора) зонд ТН (ИННК), реализующий 
стандартный метод импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК) по 
тепловым нейтронам, с целью использования его показаний для 
количественной оценки влажности руды W. 
Метод ИННК основан на изучении поведения нестационарных полей 
нейтронов от импульсного источника в системе «скважина – пласт». 
В зависимости от ГТУ и временного режима измерений, данные ИННК 
могут содержать или не содержать информацию о физических параметрах 
пласта. Доказаны два строгих условия информативности ИННК относительно 
сечения поглощения нейтронов в пласте 

а и времени задержки t, при 
выполнении которых возможно его количественное определение: 
а) поглощение нейтронов в пласте должно быть слабее, чем в скважине 
(случай «слабого поглощения»):

а < 

скв; 
б) времена задержки t должны быть больше асимптотического времени 
tас,
t > tас, 
начиная с которого, динамическое влияние скважины затухает 
настолько, что им можно пренебречь. 
В связи с практической важностью критериев «а» и «б» следует 
отметить ряд уточняющих их особенностей: 
Критерии «а» и «б», включающие 4 параметра 

а (Кп, Спл), 

скв(Спж), 
t, tас (Dc, Спж), которые зависят от геолого-технических условий, ГТУ={Кп, 
Спл, Спж, Dc, t} и фактически очерчивают область применимости ИНК в 
пространстве параметров ГТУ; 

Под критериальным параметром «макросечение поглощения тепловых 


42 
нейтронов в скважине» 

скв(Спж, Dc) понимается среднее значение 
макросечения захвата 

а по по объему скважины в интервале от мишени 
генератора до дальнего торца счетчика ТН(ИННК), которое зависит от 
конструкции прибора, Спж, Dc, но не зависит от эксцентриситета прибора в 
скважине; 

Критерии информативности «а» и «б» относятся только к оценке 
макросечения захвата тепловых нейтронов в породе, 

а, связанного с 
минерализацией и водонасыщенностью пластов, и не относятся к 
информативности ИНК относительно водородосодержания пород. Последняя 
формируется в основном на этапе замедления быстрых нейтронов и слабее 
связана с нейтронопоглощающими свойствами системы и временными 
режимами измерений, которые управляют нестационарной диффузией 
тепловых нейтронов; 
- ограничительные рамки критериев информативности «а» и «б» 
значительно ослабляются при переходе к скважинам и приборам очень 
малого диаметра. 
При выполнении двух вышеуказанных условий информативности пласт 
при больших значениях t>tас аккумулирует подавляющую часть оставшихся 
непоглощенными нейтронов, поток нейтронов направлен радиально из пласта 
в скважину, и пространственно-временное распределение нейтронов в 
скважине формируется нейтронами из пласта и повторяет их распределение в 
пласте. 
Измеряемая в скважине скорость временного затухания нейтронов 
определяется величиной макросечения захвата 

a пласта, а измеряемое 
пространственное распределение нейтронов – водородосодержанием пласта. 
Согласно условию «а» ИННК информативен при измерениях в 
большинстве водоносных пластов, поскольку они относятся к случаю 
«слабого поглощения» 

а < 

скв. 
Высокопористые 
(Кп 
более 
25 
%) 
и 
одновременно 
высокоминерализованные (Спл более 200 г/л) водонасыщенные коллекторы 
относятся к случаю более «сильного поглощения» нейтронов в пласте по 
сравнению со скважиной, когда 

а более 

скв и нарушается первое условие 
информативности. При этом тепловые нейтроны на всех временах задержки 
аккумулированы в основном в скважине, и поэтому влияние параметров пласта 
на регистрируемые в скважине показания очень мало, т.е. ИННК 
неинформативен. 
Диапазон времени задержек t при ИННК можно разбить на три 
интервала, в которых закономерности переноса нейтронов существенно 
различаются: малые значения до 300 мкс, средние - от 300 до 700 мкс и 
большие свыше 700 мкс. 
В интервале малых значений времени задержек процессы диффузии и 
поглощения тепловых нейтронов в породе слабо влияют на результаты 
измерений в скважине. Нейтроны сосредоточены в основном в скважине, где 


43 
их плотность выше, чем в пласте (особенно в области малых зондов), и они 
диффундируют из скважины в пласт (рисунок 3.2). Пространственное 
распределение тепловых нейтронов вдоль оси скважины не успевает заметно 
измениться по сравнению с начальным распределением надтепловых 
нейтронов. Последнее очень чувствительно к водороду W и нечувствительно 
к 

a, почему малые задержки и используются для определения W. Это 
осуществляется с помощью измерения отношения R скоростей счета тепловых 
нейтронов на двух расстояниях от импульсного источника быстрых нейтронов 
(А), которое не только чувствительно к изменению влажности W, но и гораздо 
более помехоустойчиво по сравнению со скоростями счета Ji на отдельных 
зондах. Чувствительность R к W максимальна в плотных пластах, а при W 
более 25 % наблюдается ее снижение (как и в стационарном НК). Временное 
распределение J(t) регистрируемых в скважине нейтронов еще слабо зависит 
от 

a, и поэтому область малых задержек для определения 

a не используется. 
На больших, асимптотических значениях времени задержки, t > tас, 
градиент радиального перетока устанавливается постоянным вдоль скважины, 
как показано на рисунке 3.2. 
Рисунок 3.2 - Радиальное распределение плотности замедления надтепловых 
нейтронов в системе скважина-пласт на малых зондах (r1, r2) и больших 
зондах (r3 и r4) и направления основных потоков тепловых нейтронов при 
малых значениях времени задержки 


44 
Рисунок 3.3 - Радиальное распределение плотности тепловых 
нейтронов в системе скважина-пласт на малых зондах (r1, r2) и больших 
зондах (r3, r4) и направления основных потоков тепловых нейтронов при 
больших значениях времени задержки. 
При средних значениях времени задержки t происходят основные 
процессы перераспределения нейтронов между пластом и скважиной: в 
скважине нейтроны быстрее вымирают при 

скв более 

а, а пласт их 
медленнее поглощает и накапливает (относительно скважины) и становится 
источником нейтронов. С ростом времени плотность нейтронов в скважине 
становится ниже, чем в пласте при всех расстояниях от источника нейтронов, 
после чего радиальное направление потока нейтронов меняется на 
противоположное - из пласта в скважину. Динамическое влияние скважины 
затухает, т.е. нейтронный поток к детекторам по скважине становится много 
меньше потока к ним из пласта (рисунок 3.3). Результаты измерений при 
средних временах задержки можно использовать для определения и W и 

a.
Он обеспечивает повторение в скважине того пространственно-
временного распределения нейтронов, которое установилось в пласте, 
поскольку пласт является источником нейтронов, регистрируемых в 
скважине. Нейтронное поле в пласте из-за длительного времени пребывания 
там нейтронов зависит в основном только от диффузионных нейтронных 
параметров пласта, которые определяют закономерности измеряемого в 
скважине временного распределения нейтронов. В частности, измеряемый в 
скважине декремент временного затухания нейтронов приближается к 
таковому в пласте, который в основном определяется макросечением 

a. 
Данные ИННК при больших t используются для определения 

a, а W 
здесь не оценивается. С ростом времени t увеличивается средний путь 
непоглощенных тепловых нейтронов в пласте, что обуславливает заметный 
рост радиальной глубинности ИННК со временем примерно по закону √ 
t+const, которая достигает в высокопористых пластах гидрогенных 
месторождений урана значений 35-50 см, что при тех же Кп заметно 


45 
превышает глубинность стационарного НК ~15-25 см. Временное затухание 
измеряемой скорости счета нейтронов после импульса излучения генератора 
длительностью 

tимп описывается двухкомпонентной моделью сигнала 
ИННК по уравнению (3.6): 
J(t) = Aскв exp(-Gскв t) + Aпл exp(-Gпл t), 
(3.6) 
Gпл < Gскв; t > 

tимп < 100-200 мкс. 
Согласно (4.6) сигнал представляется в виде суммы двух экспонент – 
«скважинной» и «пластовой», которые описывают потоки нейтронов, 
приходящие к детектору преимущественно по скважине и по пласту, 
соответственно. 
Декремент Gскв короткоживущей «скважинной» ветви кривой J(t) зависит от 
параметров скважины Спж и Dс. 
Декремент Gпл долгоживущей «пластовой» ветви близок к сечению 
поглощения нейтронов в пласте 

a по формуле (4.7): 
Gпл = 

a + 





(3.7) 
где Gпл – пластовый декремент временного затухания нейтронов, мкс
-1


– сечения поглощения нейтронов в пласте, мкс-
1


-диффузионная поправка, обычно не превышающая 20 % от Gпл. 
Выражение 

a в единицах обратного времени (мс
-1
) обусловлена 
следующим: 
а) метод ИННК является нестационарным, и при определении 

a основной, 
выделенной координатой является время задержки t, его физически 
естественным масштабом – время жизни 

, а основные процедуры обработки 
представляют временной анализ сигнала; 
б) скорость убывания сигнала J(t) со временем есть декремент временного 
затухания G (мс
-1
), который является основным интерпретационным 
параметром ИНК. В этих единицах G фактически совпадает с 

a(мс
-1
) (с 
точностью до небольшой аддитивной поправки): 



a + ∆; |∆| << 

a ; 
J(t) ~ exp(-Gt), если G в мс
-1
, t в мс 
J(t) ~ exp(-t/

к
), если 

к 
и t в мкс; G =1000/

к, 
где 

к 
– измеренное, или кажущееся значение времени жизни тепловых 
нейтронов. 
Скважинные условия измерений влияют на величину Gпл в пределах 3 
%. Поправка 

зависит в основном от длины зонда (Z
i
) и влажности (W), 
убывая с ростом последних. При этом c ростом длины зонда Z

зависимость 


46 

(Z
i
) меняет знак с положительного на отрицательный: а) на малых зондах 

(Z
i
~20-30см) > 0 и максимальна, т.е. Gпл > 

a; б) на средних зондах поправка 
минимальна 

(Z
i
~40-50см) ≈ 0, т.е. Gпл ≈ 

a, что служит одной из причин 
выбора второго, среднего по длине зонда Z

для измерения декремента Gпл, 
который просто принимается за сечение в пласте 

a; в) на больших зондах 

(Z
i
>60-70см) < 0, т.е. Gпл < 

a . Декремент Gпл линейно связан с искомым 
параметром пласта 

a и близок к нему; поэтому Gпл принимается в качестве 
первого интерпретационного функционала ИННК. При обработке данных 
ИННК его вычисляют с помощью алгоритмов декомпозиции измеряемого 
сигнала J(t) по программе DECOMP как один из коэффициентов (Gпл) 
разложения J(t) на экспоненты. Сечение 

a определяется по измерениям Gпл с 
помощью теоретико-экспериментальных палеток декремента Gпл (

a, W) или 
диффузионной поправки 

(W). 
В двухкомпонентной модели сигнала ИННК рассмотренные выше 3 
области значений времени задержки означают следующее: 

малые значения – преобладание «скважинной» компоненты; 

средние значения – обе компоненты соизмеримы; 

большие, или асимптотические времена t>tас – «скважинная» 
компонента становится пренебрежимо малой и остается только 
«пластовая» компонента. 
Для интерпретации результатов повторных измерений ИННК 
используются следующие соотношения: 
а) Измеряемый декремент G отличается от физического параметра 

a на 
величину поправки, которая зависит в основном от водородосодержания 
пласта. При смене насыщения пористого пласта величина влажности W 
меняется незначительно, и изменения измеряемого параметра с глубиной Н, 
dG(Н), совпадают с колебаниями порождающего его физического параметра 
d

a(Н), т.е. на КД ИНК соблюдается условие: 
G = 

a + 

(W); dG(H) 

d

a(H); 
б) Связь нейтронного параметра 

a в многокомпонентной горной породе с 
объемными долями компонент V

(скелет, вода, глина, нефть и т.д.) 
выражается петрофизическими моделями (3.8) и (3.9): 


a = 

i
V

·

a
i
(3.8), 

i
V

= 1 (3.9), 
где V

– объемные доли компонент горной породы, доли; 

a

– макроскопическое сечение захвата тепловых нейтронов в i компоненте 
горной породы, мс
-1



47 
Простой линейный закон (3.8) связи параметра 

a с содержанием компонент 
породы, позволяет представить эффект различия dV двух пластов по 
параметру объемного содержания V

любой i-компоненты пласта через 
вызванную им величину d

a.

изменения параметра 

a. В этом случае 
чувствительность Qv

сечения 

a к изменению объемного содержания V

компоненты i определяется соотношением (3.10): 
Qv

= d

a.

/ dV
i
(3.10), 
где dV

– изменение объемного содержания V

компоненты i, 
d

a.

– вызванное этим изменение сечения захвата тепловых нейтронов 

a. 


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   40




©emirsaba.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет