СКАЧАТЬ:  otchet.zip [107,88 Kb] (cкачиваний: 20)  

Отчет

о прохождении преддипломной практики

по теме дипломного проекта: "Разработка аппаратурно-программного комплекса для определения пористости породы по надтепловым нейтроном”

Содержание

Введение.

1.Методы контроля за разработкой нефтяных месторождений……………4

1.1. Гамма методы……………………………………………………………..5

1.2. Нейтронные методы………………………………………………………6

2. Актуальность создания скважинного прибора нового вида каротажа на быстрых нейтронах……………………………………………………………8

3. Обзор современного состояния в мире………………………………...…10

4. Предполагаемые режимы работы излучателя нейтронов и конструкция детекторных зондов………………………………………………………..….12

5. Измеряемые параметры и их комбинации, используемые при регистрации и интерпретации………………………………………………………….16

Литература…………………………………………………………………….19

Введение.

В настоящее время для доразведки месторождений нефти в старом фонде обсаженных скважин в нефтяных регионах всего мира используется комплекс ГИС (геофизических исследований скважин), состоящий из ИНК (импульсный нейтронный каротаж), нейтронный каротаж (НК), в модификациях нейтрон-гамма каротаж (НГК) или нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) и ГК(ГКС). В этом комплексе НК используется для определения водородосодержания (пористости) пластов, а совместно с ГК (или ГКС) для определения пористости. А метод ИНК используется для определения флюидосодержания продуктивных пластов. ННК – метод изучения разрезов скважин, при котором породы облучают постоянным источником быстрых нейтронов и регистрируют медленные тепловые нейтроны (ННКт) или надтепловые (ННКнт). Известно, что из всех модификаций НК наиболее устойчив к мешающим факторам (таким как переменная минерализация жидкости, литология) при определении водородосодержания пластов является метод ННК по надтепловым нейтронам (ННКнт).

Нейтронный каротаж применяют в обсаженных и не обсаженных скважинах с целью литологического расчленения разрезов, определения ёмкостных параметров пород (объёмов минеральных компонент скелета и порового пространства), выделения газожидкостного и водонефтяного контактов, определения коэффициентов газонасыщенности и водонефтяного контактов в прискважинной части коллектора.

Перспективными направлениями развития метода ННК является отказ от использования постоянных источников быстрых нейтронов и замена их на управляемые источники. Эта замена позволит уменьшить радиационную опасность оборудования и повысить точность определения пористости пластов с одновременным увеличением скорости проведения исследований скважин. Так же актуальным является объединение методов ННКт и ННКнт в одном скважинном приборе, который проводил бы измерения обоими методами одновременно за одну спуск - подъёмную операцию.

1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗА РАЗРАБОТКОЙ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Широкое внедрение методов законтурного заводнения при эксплуатации нефтегазовых месторождений вызвало необходимость непрерывного контроля режима разработки залежи. Из многочисленных задач, решаемых в этой области геофизическими методами, основными являются: 1) контроль за продвижением контура нефтегазоносности и перемещением водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов; 2) выявление обводненных слоев и прослоев; 3) определение характера жидкости, притекающей к забою; 4) оценка приемистости пластов и интенсивности притока жидкости из различных их частей; 5) установление интервалов затрубной циркуляции; 6) контроль технического состояния скважин и ряд других задач, возникающих в процессе разработки залежи.

Первоначальное положение водонефтяного и газоводяного контактов в необсаженной скважине устанавливают по данным электрического каротажа. В скважинах, обсаженных колонной, основные сведения о перемещении водонефтяного и газожидкостного (газ — вода и газ — нефть) контактов получают по данным радиоактивного каротажа и в ряде случаев термометрических измерений.

Рассмотрим методы геофизического исследования скважины.

1.1.Гамма методы

Данные методы могут регистрировать как естественную радиоактивность пород, так и искусственную, созданную в скважине перед измерением.

ГК (гамма-каротаж)

Для регистрации естественного гамма-излучения применяют метод, который называетсягк(гамма-каротаж). Суть метода заключается в следующем: в ствол скважины на геофизическом кабеле опускают зонд, который состоит из одного детекторагамма-излучения. Детектор преобразует попавшие в него гамма-кванты в электрический сигнал и сигнал по кабелю передаётся на поверхность, где его анализируют.

Метод ГК тоже можно применять как в закрытом стволе (скважине, обсаженной обсадными трубами), так и в открытом (пробуренной скважине, но ещё без труб). Это возможно благодаря высокой проникающей способности гамма-квантов.

ГГК (гамма-гамма-каротаж)

Данным методом измеряется искусственная радиоактивность (гамма-излучение) горных пород вокруг скважины.

Суть метода отражается его названием: буквы «гг» означают, что породу сначала облучают гамма-излучением, а в ответ тоже регистрируют только гамма-излучение, даже если там присутствуют и другие виды излучения. Ответное гамма-излучение позволяет более эффективно измерять параметры породы, нежели его естественное излучение, которое без искусственного облучения могло и отсутствовать.

1.2.Нейтронные методы

Естественного— природного— нейтронного излучения не существует. Поэтому простого нейтронного каротажа, аналогичного гамма-каротажу, тоже не существуют. Нейтронные виды каротажа работают только с помощью искусственно созданного нейтронного излучения. По этой же причине эти методы классифицируют иначе, нежели гамма-методы. Вдобавок, измеренные показания, в отличие от гамма-методов, зависят не только от характера взаимодействия, но и от продолжительности облучения.

НГК (нейтронный гамма-каротаж)

Суть метода отражена в его названии: породу облучают постоянным потоком нейтронов, а в ответ регистрируют образовавшееся гамма-излучение. Соответственно геофизический зонд состоит из источника нейтронов а также детектора гамма-квантов.

Быстрые нейтроны, после многочисленных соударений с атомамилёгких элементов, теряют часть своей энергии и замедляются до тепловых энергий (около 0,025 эВ). Показания метода, по этой причине, в основном зависят отсодержания водородав исследуемой среде. Это свойство позволяет детектировать как нефть, так и воду в коллекторах. Вдобавок, НГК позволяет отчасти измерять минерализацию пластовых вод, так как они содержат хлор, который повышает вторичное гамма-излучение. Также метод подходит для литологического расчленения скважины и определения мощности пластов.

ННК (нейтрон-нейтронный каротаж)

В данном методе породу облучают постоянным потоком нейтронов, в ответ тоже регистрируют ответный поток нейтронов. Последние могут быть двух видов:тепловые(со сравнительно низкой энергией) инадтепловые(с повышенной энергией). Поэтому различают два вида ННК:

·ННК-Т— нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам

·ННК-НТ— нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам

При проведении ННК-Т измеряют изменившуюся плотность потока тепловых нейтронов, вылетевших из зонда. Эта плотность зависит и от замедляющих нейтроны свойств среды, и от поглощающих их свойств. Фактически это означает, что ННК-Т измеряет водородосодержание среды и наличие элементов-поглотителей, у которых высокое сечение захвата тепловых нейтронов.Поэтому ННК-Т выдаёт такие же результаты, как и НГК.

ННК-НТ заключается в измерении плотности потока надтепловых нейтронов (у них энергия от 0,5 эВ до 20 кэВ). Эта плотность ужепрактически не зависит от поглощающих свойств средыи ей можно определять только водородосодержание. Это основное преимущество ННК-НТ. Любопытный факт: некоторое время каротаж по надтепловым нейтроном считался технически невозможным из-за того, что надтепловые нейтроны сложно фиксировать отдельно от тепловых, если они идут в одном потоке. Решение данной проблемы оказалось простым: в геофизическом зонде для ННК-НТ помещают детектор не надтепловых нейтронов, а тепловых, но помещают его в оболочку из парафина. Так какпарафинимеет очень высокое водородосодержание, он непреодолим для тепловых нейтронов, если они идут в одном потоке с надтепловыми. Поэтому через парафиновый заслон проходят только надтепловые нейтроны из среды, а тепловые в детектор попасть не могут. При этом прошедшие надтепловые нейтронызамедляютсяв парафине и превращаются в обычные тепловые, которые детектор и регистрирует. Благодаря этому, измеряя поток более простых тепловых нейтронов, фактически регистрируют количество надтепловых нейтронов, так как зарегистрированные тепловые нейтроны «только что» были надтепловыми.

2.Актуальность создания скважинного прибора нового вида каротажа на быстрых нейтронах.

Начиная с 2010 года в Научно-Техническом Управлении ООО «ТНГ-Групп», в рамках договора с Министерством Образования РФ на основании постановления правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. №218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства», начата работа по созданию скважинного прибора нового вида каротажа на быстрых нейтронах и разработка соответствующего программно-методического обеспечения.

Реализации данного проекта будет способствовать достижению следующих научно-технических целей: будет разработана технология и каротажный зонд, реализующие одновременно метод импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК) по тепловым и надтепловым нейтронам (ИННК-Т и ИННК-НТ) по двум зондам. Для двухкомпонентного прибора с зондами медленных и надтепловых нейтронов вместо сокращения «Т» необходимо в соответствии с физической сущностью кадмиевой разности употреблять сокращение «М» (2ИННК-М). Этот аппаратно-программный комплекс должен измерять время замедления (τ_з) и время термализации нейтронов (τ_терм) по двум зондам, которые обеспечат независимые оценки водородосодержания (τ_з) и флюидосодержания в прискважинной зоне пласта (τ_терм). А так же измерять коэффициент диффузии тепловых и надтепловых нейтронов, что позволит точнее определять пористость пласта. Кроме этого, появляется возможность реализовать ещё одну модификацию ИНК, а именно способ кадмиевой разности (2ИННКD_Cd). Теоретическое и экспериментальное обоснование этого способа выполнено в работе [5].

Значимость этих целей заключается в том, что благодаря большей интенсивности излучения управляемого генератора нейтронов по сравнению с постоянным источником нейтронов, увеличивается скорость проведения каротажа. Разрабатываемый скважинный прибор должен объединить в себе возможности следующих типов скважинной аппаратуры используемой на сегодня: аппаратура типа ННКт, ННКнт, 2ИННКт(двухзондовый по тепловым нейтронам) и 2ИННКнт(двухзондовый по надтепловым нейтронам). Что позволит уменьшить суммарную стоимость необходимого оборудования. А одновременная запись и дальнейшая комплексная интерпретация получаемых данных должны увеличить информативность и точность проводимого исследования. Так же важным преимуществом разрабатываемого прибора является использование управляемого генератора нейтронов. Это позволит улучшить экологическую безопасность использования по сравнению с постоянными источниками нейтронов и отсутствие защитных контейнеров для перевозки излучателей.

Таким образом, создание данного комплекса позволяет создать новый вид каротажа, который обеспечит решение таких задач как определение пористости и нефтенасыщенности продуктивных пластов с привлечением новых физических основ.

При успешной реализации проекта и при широком внедрении в практику геофизических исследований скважин появится возможность исключить из комплексов ГИС радиационный нейтронный каротаж, который использует ампульные источники радиоактивного излучения.

3. Обзор современного состояния в мире

В результате обзора и анализа существующего положения в мире в области использования каротажных зондов на основе импульсных генераторов нейтронов (ИГН) для определения К_п и К_н продуктивных пластов установлены два наиболее близких аналога: зарубежный (фирма Schlumberger) – APS и российский (ФГУП «ВНИИАвтоматика» г. Москва) – АИНК-89.

В APS используется управляемый генератор нейтронов вместо традиционных ампульных источников нейтронов (например Pu-Be). Высокий выход нейтронов позволяет использовать детекторы надтепловых нейтронов с экранировкой от внутрискважинной среды. В результате, на измерения пористости очень слабо влияют нейтронные параметры внутрискважинной среды, а также такие характеристики пласта, как литология и минерализация пластовой воды. Пять детекторов нейтронов (как тепловых, так и надтепловых) обеспечивают информацию для оценки пористости, выделения газонасыщенных пластов, оценки глинистости. Кроме того, такая система регистрации обеспечивает лучшее вертикальное разрешение и более корректные поправки на влияние скважины. Измерения зондом APS могут быть выполнены как в бурящейся (открытый ствол) так и в обсаженной скважине [2;3].

АИНК-89 - четырехзондовый прибор (4ИННК) [3]. Измеряемыми параметрами (показаниями 4ИННК) являются величины скоростей счета во временных окнах - Nij, где i=1,2,3,4 - номер зонда, j=1,2,... - номер временного окна. Зондом ИННК является устройство, состоящее из детектора излучения, блока нейтронной трубки и экранов. Детектор излучения состоит из счетчика нейтронов, окруженного экраном из материалов, обладающих высокими замедляющими и поглощающими нейтронными свойствами, и из электронных схем усилителей и формирователей импульсов.

Преимущество МАНК перед российским аналогом АИНК89 те же, что и перед APS, кроме того что аппаратура МАНК (так же как и APS) обеспечивает измерения одновременно нейтронной пористости как по тепловым, так и по надтепловым нейтронам, тогда, как аппаратура АИНК89 измеряет нейтронную пористость только по тепловым нейтронам.

Основными особенностями аппаратуры МАНК являются:

-применение стабильного скважинного излучателя с газонаполненной нейтронной трубкой в среднечастотном режиме работы;

-обеспечение регистрации нейтронов без просчетов в широком диапазоне задержек, включая момент начала излучения быстрых нейтронов;

-измерительная установка из четырех детекторов с гелиевыми счетчиками медленных нейтронов;

-оптимизированные размеры зондов для одновременного измерения двух параметров горных пород w(водородосодержание) и S_а (макроскопическе сечение поглощения тепловых нейтронов).

Разрабатываемый прибор предназначен для решения следующих геофизических задач (область применения):

- оценка параметров продуктивности в бурящейся и в обсаженной скважине;

- точное измерение нейтронной пористости при наличии в пласте и в скважине сильных поглотителей тепловых нейтронов;

- точная оценка водородного индекса;

- анализ глинистости;

- выделение газонасыщенных продуктивных пластов.

Современные тенденции в разработке технологий в области радиоактивных методов направлены на повышение скорости проведения исследований, увеличение достоверности получаемых данных, комплексирование нескольких методов в одном каротажном зонде, повышение радиационной безопасности эксплуатации и экологической безопасности. Разработка в ООО «ТНГ-Групп» собственной многозондовой аппаратуры нейтронного каротажа (МАНК) позволит повысить радиационную безопасность аппаратуры по сравнению с аппаратурой использующей ампульные радиоактивные источники. А так же повысить точность определения нейтронных параметров благодаря тому, что мощность управляемого генератора нейтронов значительно превосходит ампульные источники нейтронов.

4. Предполагаемые режимы работы излучателя нейтронов и конструкция детекторных зондов для одновременной регистрации поля тепловых и надтепловых нейтронов в одной точке пространства скважины.

Предполагается, что разрабатываемый прибор (МАНК) должен содержать 4-е зонда: 2-зонда для регистрации тепловых нейтронов, 2-зонда для регистрации надтепловых нейтронов.

Рисунок 1.

1-Излучатель нейтронов на основе высокочастотной газонаполненной нейтронной трубки. Частота излучения до 10 КГц, выход нейтронов не менее 0,5*10⁸ н/с.

2-Экран для защиты от прямого нейтронного излучения.

3- Первая детекторная секция состоящая из 2-х СНМ56 для регистрации тепловых нейтронов и 2-х СНМ56 в кадмиевом экране для регистрации надтепловых нейтронов.

4- Усилитель первой детекторной секции

5- Вторая детекторная секция состоящая из 2-х СНМ67 для регистрации тепловых нейтронов и 1-го СНМ80 для регистрации надтепловых нейтронов.

6- Усилитель второй детекторной секции

7- Блок электроники.

При этом каждая детекторная секция содержащая 1-зонд по теп. нейтронам и 1-зонд по надт. нейтронам, должны располагаться на определённом расстоянии от излучателя нейтронов. Наиболее предпочтительным является расстояние 30 см для 1-й детекторной секции и 60 см для 2-й детекторной секции. Предлагаемая конструкция прибора показана на рисунке 1.

Разрабатываемый скважинный прибор должен иметь возможность проводить исследования как в обсаженных скважинах (с внутренним диаметром от 126 мм), так и в открытом стволе. Скважинный прибор должен быть оборудован прижимным устройством, обеспечивающим в почти вертикальных скважинах (угол наклона не более 15°) диаметром от 150 до 550 мм надежный прижим к стенке скважины. Возможны в зависимости от диаметра скважины сменные прижимные устройства. Азимутально относительно оси прибора прижим должен быть обеспечен таким образом, чтобы счетчики надтепловых нейтронов РБЗ и РДЗ находились в пристеночной зоне и линия касания каротажного зонда находилась в плоскости азимутальной симметрии этих счетчиков. Прибор должен сохранять работоспособность при температуре окружающей среды до 120°С и давлении более 60 МПа.

Современный скважинный прибор должен измерять не только свойства среды, но и основные параметры, отражающие условия в которых работает прибор и значения в контрольных точках внутри него. Это позволяет повысить надёжность работы скважинного зонда и уменьшить количество аварийных ситуаций. Поэтому, в разрабатываемый скважинный прибор должен быть включен блок контроля технологических параметров. Данный блок должен обеспечивать измерение и регистрацию: температуры внутри скважинного прибора, температуру окружающей среды, текущее напряжение питания на кабельной головке, время наработки генератора нейтронов, а так же ускорение движения скважинного прибора.

Алгоритм управления излучателем нейтронов должен состоять из цикла, показанного на рисунке 2. Он содержит временной интервал ( I) в котором излучатель работает с высокой частотой следования нейтронных вспышек и интервал паузы ( II ), в котором излучение отсутствует.

Программа управления генератором нейтронов должна запускаться и останавливаться с поверхности, программа должна быть много цикловой во времени, временной режим цикла должен быть следующим:

- с момента начала цикла генератор включается на излучение 20 раз с длительностью излучения 27 мкс и периодом включения импульсов 120 мкс;

- затем после 20-го импульса включения, через 120 мкс генератор включается на 72 мкс;

- затем следует временная пауза длительностью 1224 мкс до начала следующего цикла;

- в целом временной интервал цикла должен быть равным 3696 мкс (частота цикла равна 270 Гц).

Рисунок 2. Алгоритм работы блока управления генератором.

Общее временное распределение поля тепловых и надтепловых нейтронов разбивается на следующие временные окна:

- «Тепловые» нейтроны (по двум зондам):

а) Временные спектры в интервалах между излучениями:

интервал1 – 120 мкс 20 раз ;

излучение – 24 мкс;

пауза – 96 мкс;

шаг – 6мкс;

кол-во окон (квантов) – 17 (1 по 24мкс, 16 по 6 мкс);

б) Временной спектр в «паузе»:

интервал2 – 1296 мкс 1 раз;

излучение – 72 мкс;

пауза – 1224 мкс;

шаг – 24 мкс;

кол-во окон (квантов) – 52 (1 по 72мкс и 51 по 24 мкс);

- «Надтепловые» нейтроны (по двум зондам):

а) Временные спектры в интервалах между излучениями:

интервал1 – 120 мкс 20 раз ;

излучение – 24 мкс;

пауза – 96 мкс;

шаг – 6мкс;

кол-во окон (квантов) – 17 (1 по 24мкс, 16 по 6 мкс);

б) Временной спектр в «паузе»:

интервал2 – 1296 мкс 1 раз;

излучение – 72 мкс;

пауза – 1224 мкс;

шаг – 24 мкс;

кол-во окон (квантов) – 52 (1 по 72мкс и 51 по 24 мкс);

Общее количество временных окон за один цикл измерения равно 69.

5.Измеряемые параметры и их комбинации, используемые при регистрации и интерпретации.

При работе с прибором типа МАНК объединяющим три модификации ИНК (2ИННК-М +2ИННК-НТ +2ИННКD_Cd), используются следующие измеряемые (регистрируемые) параметры и их комбинации.

Непосредственно измеряемые параметры индивидуальных зондов (4*69=276):

I(N)_(i;j) – скорость счёта импульсов (имп/мин), практически совпадающая со скоростью счёта нейтронов;

N – номер временного окна (всего 69 окон);

i = 1; 2, где индекс 1 обозначает ближний зонд (БЗ), 2 – дальний зонд (ДЗ);

j = м; нт, где «м» обозначает медленные нейтроны как совокупность тепловых и надтепловых нейтронов, регистрируемых открытым (без Cd-фильтра) ³Не-счётчиком; «нт» - надтепловые (эпикадмиевые) нейтроны, регистрируемые таким же счётчиком, окружённым кадмиевым фильтром.

Измеряемые относительные параметры индивидуальных зондов:

1.- - отношение интегральных счетов медленных нейтронов БЗ к ДЗ в коротких временных интервалах между импульсами излучения.

2.- - отношение интегральных счетов надтепловых нейтронов ближнего зонда к дальнему, в коротких временных интервалах между импульсами излучения.

3.- - отношение интегральных счетов надкадмиевых нейтронов.

4.- - тау по 1-й экспоненте по быстрым спадам по надтепловым нейтронам на зонде (30).

5.-- тау по 1-й экспоненте по быстрым спадам по надтепловым нейтронам на зонде 30).

6.-- тау по 1-й экспоненте по медленным спадам по тепловым нейтронам на зонде 30).

7.-- тау по 2-й экспоненте по медленным спадам по тепловым нейтронам на зонде 30).

8.-- тау по 1-й экспоненте по медленным спадам по тепловым нейтронам на зонде 60).

9.--. тау по 2-й экспоненте по медленным спадам по тепловым нейтронам на зонде 60)

Значительное количество измеряемых параметров и их комбинации для приборов с реализацией трёх модификаций ИНК открывает широкие возможности качественного и количественного анализа каротажных измерений, а так же их интерпретации. В частности, отношения показаний двух зондов разной длины используются при определении пористости; параметры индивидуальных зондов – при определении характера насыщения и коэффициентов нефте- газо- насыщенности; сопоставление «двух- зондовых» и «индивидуальных» параметров – при оценке литологии, выделении коллекторов и т.п.

Заключение

При прохождении преддипломной практики я ознакомился с методами контроля за разработкой нефтяных месторождений и с устройством для определения пористости породы по надтепловым нейтроном и его характеристиками.

Так же были разработаны предполагаемые режимы работы излучателя нейтронов и конструкция детекторных зондов для одновременной регистрации поля тепловых и надтепловых нейтронов в одной точке пространства скважины.

Реализация данного проекта будет способствовать достижению следующих научно-технических целей: будет разработана технология и каротажный зонд, реализующие одновременно метод импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (ИННК) по тепловым и надтепловым нейтронам (ИННК-Т и ИННК-НТ) по двум зондам.

При успешной реализации проекта и при широком внедрении в практику геофизических исследований скважин появится возможность исключить из комплексов ГИС радиационный нейтронный каротаж, который использует ампульные источники радиоактивного излучения.

Литература.

1. С.Т. Звольский, В.В. Кулик, М.С. Бондаренко, В.В. Кармазенко. "Разработка новых модификаций ядерно-геофизических методов определения петрофизических и нейтронопоглощающих свойств горных пород". Геофизический журнал. 2005. 27.№4. С. 563-577.

2. Каталог геофизического оборудования фирмы Schlumberger США за 2004г.

3. Каталог геофизического оборудования фирмы HALLIBYRTON США за 2006г.

4. Периодический научно-технический сборник"Вопросы атомной науки и техники" Серия: "Ядерное приборостроение", Выпуск 1 (20) "Актуальные проблемы ядерного приборостроения: моделирование, автоматизация и контроль" Изд. ВНИИАвтоматики, Москва.

5. МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «Инновационные технологии в геологии и разработке углеводородов» 9-11 сентября Казань, 2009 г. Тезисы докладов.