Нейтронный каротаж нефтегазовых скважин: его модификации, обработка и интерпретация результатов

Э. Г. Урманов





НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН
ЕГО МОДИФИКАЦИИ, ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Учебно-методическое пособие























Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 550.832
ББК 33.36
     У69




Рецензенты:
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой геофизических методов исследования Уфимского государственного нефтяного технического университета (УГНТУ)
Лобанков Валерий Михайлович;
главный геолог центра обработки и интерпретации геофизических материалов (ЦОИ) ПАО «Пермнефтегеофизика» Сальникова Ольга Леонидовна


        Урманов, Э. Г.

У69 Нейтронный каротаж нефтегазовых скважин: его модификации, обработка и интерпретация результатов : учебно-методическое пособие / Э. Г. Урманов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 80 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1215-5

           Рассматриваются основные модификации нейтронного каротажа нефтегазовых скважин их преимущества и недостатки при исследовании различных по литологии разрезов. Приводятся основные технические характеристики применяемой аппаратуры, требования к методике и техническим средствам метрологического обеспечения. Приводятся примеры решения задачи при исследовании разрезов различной литологии, в том числе в комплексе с данными других методов ГИС.
           Для студентов и аспирантов нефтегазовых специальностей. Может быть полезно специалистам нефтегазовой отрасли, нефте- и газопромысловым геофизикам и геологам.

УДК 550.832
ББК 33.36







ISBN 978-5-9729-1215-5

     © Урманов Э. Г., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

            Введение



      Нейтронный каротаж в различных модификациях: нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКт), нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам (ННКнт), нейтронный гамма-каротаж (НГК) давно применяется при исследовании разрезов нефтегазовых скважин. Он в одной из модификаций включен в обязательный комплекс геофизических исследований всех категорий нефтяных и газовых скважин и остается единственным методом определения пористости коллекторов в комплексе ГИС эксплуатационных скважин. Однако из-за отсутствия единого подхода в метрологическом обеспечении аппаратуры, разброса основных параметров средств метрологического обеспечения, неполного учета влияния геолого-технических условий измерения (ГТУ) или нарушения порядка их учета при обработке материалов скважинных измерений и, наконец, единства в терминологии, его данные довольно часто вызывают критические замечания. Так, например, сопоставление результатов НК, полученных разными приборами, не всегда повторяют друг друга. При сравнении результатов, полученных приборами отечественного производства и зарубежных фирм, также наблюдаются расхождения, что связано как с различиями их технических характеристик (недостаточная чувствительность детекторов излучения, пониженная активность применяемых источников нейтронов в отечественных приборах, примерно на 1 порядок, что связано с ограничениями по нормативным документам [24, 25]), неполный учет ГТУ при обработке результатов измерений, в результате чего предпочтение часто отдается последним. В связи с этим, несмотря на присутствие НК в комплексе ГИС всех категорий скважин, его данные из-за слабой дифференциации показаний против глинистых пластов и коллекторов часто не используются при оперативной интерпретации, особенно при исследовании таких разрезов, как полимиктовые песчаники Западной Сибири.
      Нейтронный каротаж, как метод радиоактивного каротажа, обычно сопровождается методом гамма-каротажа (ГК). Его данные используются для корреляции геологического разреза, оценки глинистости коллекторов и решения ря-3

да других задач. Однако данные этого метода также, как и методов НК, из-за неоднозначности метрологического обеспечения, неполного учета влияния ГТУ измерений при обработке результатов вызывают много нареканий.

4

            Термины и определения



     В настоящем методическом пособии применяются следующие термины с соответствующими определениями:
     •      нейтронный каротаж (НК) - радиоактивный каротаж, основанный на измерении плотности потока тепловых (ННКт) и надтепловых (ННКнт) нейтронов или вторичных гамма-квантов (НГК), образующихся в результате поглощения нейтронов при облучении горных пород стационарным (радиоизотопным) источником нейтронов;
     •      импульсный нейтронный каротаж (ИНК) - нейтронный каротаж, основанный на измерении нестационарной плотности потока нейтронов (ИННК) или гамма-квантов, образующихся при радиационном захвате тепловых нейтронов, (ИНГК) при облучении горных пород импульсным источником быстрых нейтронов и определении среднего времени жизни (т) или сечения захвата (Еа) тепловых нейтронов;
     •      спектрометрический гамма-каротаж (СГК) - гамма-каротаж, при котором по энергетическому спектру и интенсивности регистрируемого гамма-излучения горных пород в характерных энергетических областях определяют массовое содержание естественных радиоактивных элементов - урана (U), тория (Th) и калия (K);
     •      плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГКп) - радиоактивный каротаж, основанный на измерении плотности потока рассеянного гамма-излучения при облучении горных пород стационарным источником гамма-квантов и определении их плотности;
     •      акустический каротаж (АК-АТ) - каротаж, основанный на измерении времени распространения упругих волн сжатия (продольных или P-волн) в вскрытых скважиной породах;
     •      стандартные образцы пористости (СО пористости) - модели пластов с известным коэффициентом водонасыщенной пористости и минерального со

5

става, используемые для градуировки и калибровки аппаратуры нейтронных методов каротажа;
     •      эталонировочная установка - бассейн или бак с пресной водой с соответствующими габаритными размерами, используемый для эталонировки показаний зондов нейтронного каротажа, установления цены условной единицы (у. е.);
     • имитаторы пористого пласта (ИПП), используемые в качестве образцов пористости при отсутствии соответствующих СО пористости.

6

            Перечень сокращений и обозначений



     В настоящем методическом пособии применены следующие сокращения и обозначения (мнемоники):
     РК - радиоактивный каротаж (принятое в обиходе выражение);
     НК - нейтронный каротаж;
     ННКт - нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам;
     2ННКт - двухзондовый (компенсированный) ННКт [21];
     ННКнт - нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам;
     НГК - нейтронный гамма каротаж;
     ИНК - импульсный нейтронный каротаж;
     ИННК - импульсный нейтрон-нейтронный каротаж;
     ИНГК - импульсный нейтронный-гамма каротаж;
     т - среднее время жизни тепловых нейтронов;
     Еa - макроскопическое сечение захвата тепловых нейтронов;
     V/V - объемная доля (породы, пустот);
     е. з. (cu) - единица измерения макроскопического сечения захвата тепловых нейтронов;
     у. е. (уе) - показание зонда (скорость счета - имп/мин) в стандартной среде - баке с пресной водой (Ев = 22 е. з. или Св < 0,05 г/л);
     Св - минерализация (соленость) воды, г/л;
     ГГКп - гамма-гамма каротаж по плотности вскрытых скважиной горных пород;
     АК(ПТ) - акустический каротаж по времени распространения волны сжатия (продольной волны);
     ГК - гамма каротаж - регистрация гамма-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) в разрезе скважин;
     СГК - спектрометрический гамма-каротаж;
     THOR - диаграмма массового содержания тория;
     URAN - диаграмма массового содержания урана;

7

     POTA - диаграмма массового содержания калия;
     ppm - единица измерения массового содержания (тория, урана) в миллионной доле;
     SGR - диаграмма общей радиоактивности вскрытых скважиной горных пород (интегрального ГК) по данным СГК;
     CGR - диаграмма интегрального ГК с вычетом вклада уранового компонента гамма-излучения горных пород;
     WHHKr- коэффициент кажущейся водонасыщенной пористости по данным ННКт по шкале известняка;
     WHrK - коэффициент кажущейся водонасыщенной пористости по данным НГК по шкале известняка;
     WHHK - коэффициент кажущейся водонасыщенной пористости по данным ИНК по шкале известняка;
     КпНК - коэффициент общей пористости по данным НК;
     КпНГК - коэффициент общей пористости по данным НГК;
     КпИНК - коэффициент общей пористости по данным ИНК;
     КпГГКп - коэффициент общей пористости по данным ГГКп;
     КпАК - коэффициент общей пористости по данным АК;
     ДС - диаметр скважины;
     Кгл - коэффициент объемной глинистости;
     Сгл - коэффициент массовой глинистости;
     Wra - водный эквивалент глин;
     Wor - водный эквивалент скелета (матрицы) породы;
     Кнт (KNT) - коэффициент текущей нефтенасыщенности породы-коллектора;
     Кгт (KGT) - коэффициент текущей газонасыщенности породы-коллектора;
     Кнг - коэффициент нефте- и газонасыщенности породы-коллектора по данным геофизических исследований скважины (ГИС) открытого (не обсаженного) ствола.

8

            1. Источники нейтронов, применяемые при каротаже нефтегазовых скважин



     Источниками нейтронов непрерывного действия, которые используются в нейтронном каротаже, являются, в основном, гелий-бериллиевые смеси: ⁴He₂+⁹Be₄^L C₆+ n₀. Ядра гелия - а-частицы образуются в результате распада

радиоактивных элементов: Полония (²¹°Po), Плутония (²³⁹Pu), Америция (²⁴¹Am)

(рисунок 1).

Рисунок 1. Схематическое изображениереакции в америций-бериллиевом источнике
(по Мануэль Абоуд, Роб Бедри и др., 2015, США, Хьюстон [5])

     Периоды полураспада этих элементов и энергия образуемых а-частиц разные. Так, период полураспада ²¹°Po - 138 дней 9 часов; ²³⁹Pu - 24 360 лет (²³⁸Pu - 86 лет, имеются изотопы '!⁴⁰Pu, ²⁴⁴Pu и др.); ²⁴¹Am - 432,6 года. В связи с этим максимумы в энергетическом спектре нейтронов также разные. Это означает, что в зависимости от применяемого типа источника нейтронов преобладают те или другие пороговые ядерные реакции при облучении пород. Поскольку возбужденное ядро ¹²С после испускания нейтрона переходит в ста

9

бильное состояние испусканием у-кванта с энергией 4,4 МэВ, He₂+⁹Be₄ источ

ник одновременно является нейтронным и гамма источником. Это положение сказывается на показаниях ННКт и НГК, особенно против газонасыщенных

коллекторов, повышенными значениями последних.
      Иногда при специальных исследованиях используется источник Калифорний ²⁵2Cf с периодом полураспада Т₁/₂ = 2,645 года и максимумом в энергетическом спектре нейтронов около 1,0 МэВ.
      Активность (выход нейтронов) применяемых в отечественной практике геофизических исследований скважин согласно требований существующих Санитарных правил [24, 25] не превышает первых 10⁷н/с.

10