СКАЧАТЬ:  pgmp-kursach-srk.zip [140,25 Kb] (cкачиваний: 156)

КурсовОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «ПРОМЫСЛОВО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ»

на тему:  «Нейтрон - нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам» 

Содержание

Введение…………………………………………………………………….…3

1. Нейтронный метод………………………………………...…………...…..4
2. Аппаратура СРК ……………………………………………………...……8

2.1.         Назначение прибора…………………………………………………8

2.2.         Технические характеристики……………………………………….9

1. Устройство и принцип работы аппаратуры СРК ………………………11

3.1.         Устройство прибора………………………………….………….....11

3.2.         Принцип работы прибора……..…………………………………...11

1. Каротажный регистратор "Гектор"………………………………………15
2. Расчетная часть……………………………………………………………18
3. Заключение………………………………………………………………..21
4. Список литературы……………………………………………………….22

Введение 

В технологиях геофизических исследований скважин (ГИС) наблюдается переход на комплексные многопараметровые измерения с применением многофункциональных скважинных приборов. Это требует передачи данных в наземные измерительно-вычислительные устройства, как правило, в цифровой форме и с высокой скоростью. В то же время линией передачи данных ГИС остается традиционный каротажный кабель со скоростью передачи информации (бит/с) не выше 10-100 кГц (в зависимости от длины), что сдерживает развитие и совершенствование технологий ГИС.

Каротажный кабель представляет собой линию связи с пониженной добротностью и нелинейной зависимостью передаточной функции от длины кабеля. Импульсную пропускную способность кабеля и качество передачи данных определяют эффективная ширина частотного спектра ∆Ω_к и эффективная длительность импульсного отклика ∆Т_к токопроводящих жил кабеля. Максимальная скорость передачи по кабелю кодовых импульсов без применения устройств частотной коррекции передаточной функции кабеля ограничивается тактовой частотой f_T = 1/(2∆Т_к) бит/с при эффективной длительности импульсов, не превышающей эффективной длительности импульсного отклика кабеля.

Скорость передачи информации зависит не только от тактовой частоты передачи данных, но и от протокола кодирования информации. Протокол передачи каротажных данных обычно заимствуется из стандартов открытых систем обмена информацией OSI (Open System Interconnect). С учетом эксплуатации скважинных приборов в условиях существенного влияния различных дестабилизирующих факторов в процессе каротажа, которые могут вызывать значительные вариации тактовой частоты передачи данных, для надежной передачи информации используются, в основном, коды с автосинхронизацией тактовых частот передатчика и приемника, среди которых наибольшее распространение получил код Манчестер-II.

Нейтронный метод

Нейтронный метод основан на облучении скважины и пород нейтронами от стационарного ампульного источника и измерении плотностей потоков надтепловых и тепловых нейтронов и гамма-квантов, образующихся в результате ядерных реакций рассеяния и захвата нейтронов. Измеряемая величина – скорость счета в импульсах в минуту (имп/мин); расчетная величина – водородосодержание пород в стандартных условиях в процентах.

В зависимости от регистрируемого излучения различают: нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам – ННК-НТ; нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ННК-Т; нейтронный гамма-каротаж – НГК. Первые два вида исследований выполняют, как правило, с помощью компенсированных измерительных зондов, содержащих два детектора нейтронов (рис.3); НГК – однозондовыми или двухзондовыми приборами, содержащими источник нейтронов и один или два детектора гамма-излучения (рис.2).

Рис.1. Схема прибора для нейтрон-нейтронного каротажа.

Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННК-Т)

                  Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам основан на облучении горных пород быстрыми нейтронами от ампульного источника и регистрации нейтронов по разрезу скважины, которые в результате взаимодействия с породообразующими элементами замедлились до тепловой энергии.

         Регистрируемая интенсивность тепловых нейтронов зависит от замедляющей и поглощающей способности горной породы. Наибольшая потеря энергии нейтрона наблюдается при соударении с ядром, имеющего массу равную единице, т.е. с ядром водорода. Для тепловых нейтронов, образующихся при замедлении быстрых нейтронов, наиболее характерен радиоактивный захват, сопровождающийся вторичным гамма-излучением. Таким образом, по данным ННК-Т  можно определять водородосодержание, которое напрямую связано с пористостью для пластов-коллекторов.

         При проведении измерений детектор тепловых нейтронов располагается на определенном расстоянии от источника нейтронов. Расстояние от источника до детектора выбирается таким, что при увеличении водородосодержания горных пород, зарегистрированная интенсивность тепловых нейтронов уменьшается, т.е. зонд является заинверсионным. Регистрация нейтронного излучения двумя зондами с разной длиной позволяет уменьшить влияние скважины на результат определения водородосодержания горных пород. Эффект основан на изменении радиальной глубины исследования от увеличения длины зонда. Малый зонд ННК-Т _МЗ несет информацию в основном о нейтронных свойствах скважины и околоскважинного пространства, тогда как на интенсивность, зарегистрированную большим зондом ННК_{Т БЗ}, большое влияние оказывают нейтронные свойства пласта. Поэтому для определения водородосодержания используют отношение скоростей счета в этих зондах.

Рис.2. Схема прибора нейтронного гамма-каротажа.

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

Областями эффективного применения НК при определении пористости и литологическом расчленении разреза являются:

-         для ННК-Т – породы с любым водородосодержанием, невысокими Спл и Спж (меньше 50-70 г/л NaCl) и слабой контрастностью Спл и Спж;

-         для НГК – породы с низким (меньше 8-12%) водородосодержанием и любыми Спл и Спж, а также породы со средним (8-20%) водородосодержанием, если Спл и Спж не превышают 100 г/л.

Областями эффективного применения НК при выделении газоносных пластов, газожидкостного контакта, определении коэффициента газонасыщенности являются:

-         для ННК-Т – породы с водородосодержанием более 10% при диаметре скважины, не превышающем 250 мм;

-         для НГК – породы с водородосодержанием менее 20%.

Измерительный зонд НК содержит ампульный источник нейтронов и один или два (и более) детектора нейтронов (тепловых) или гамма-излучения. Точка записи – середина расстояния между источником и детектором для однозондовых приборов и середина между двумя детекторами для компенсированных (двухзондовых) приборов.

2. Аппаратура  СРК

2.1. Назначение прибора

Аппаратура СРК предназначена для исследования нефтяных и газовых скважин методами гамма и компенсированного нейтронного каротажа по тепловым нейтронам.  Скважинный снаряд оснащен зондовой установкой 2ННКт-27/52 с детекторами СНМ-56 на малом и СНМ-80 большом зондах, работающих в коронном режиме, либо с детекторами 9.6HE3/760/25HX 8 и 25HE3/304/50H 5,  соответственно,  работающих в пропорциональном режиме. Аппаратура обеспечивает измерение водонасыщенной пористости пород по нейтронному каротажу и мощности дозы естественной гамма активности пород (при наличии встроенного канала ГК).

Состав аппаратуры

В состав аппаратуры СРК входят:

− скважинный прибор;

− техническое описание  (ТО), включающее инструкции по эксплуатации и настройке;

− формуляр;

− интерпретационное обеспечение методов 2ННКт и ГК;

− программы первичной обработки зондов  2ННКт и ГК  (получение исправленных за влияние скважинных условий измерений геофизических параметров 2ННКт и ГК);

− технические средства полевой калибровки и инструкция по ее проведению;

− технические средства базовой калибровки и инструкция по ее проведению.

Кроме того, при поставке СРК для работы в составе регистратора “Гектор” либо со специализированным адаптером, обеспечивающего связь прибора с компьютером, аппаратура комплектуется:

− программным обеспечением настройки и тестирования прибора на базе (для ремонтных служб предприятия);

− программным обеспечением тестирования прибора перед каротажем

(для операторского состава);

− программным обеспечением регистрации;

− программным обеспечением полевой калибровки и инструкцией по ее проведению;

− программным обеспечением базовой калибровки и инструкцией по ее проведению.

Технические и программные средства полевой и базовой калибровок аппаратуры СРК-76 поставляются по специальному требованию заказчика. Аппаратура работает в комплексе с регистрирующим оборудованием, обеспечивающим прием и передачу информации в коде Манчестер-2,  каротажным подъемником с трехжильным грузонесущим кабелем длиной до 7000 м.

2.2. Технические характеристики

Основные технические характеристики прибора приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Скорость счета в воде гелиевых счетчиков тепловых нейтронов при мощности источника нейтронов 10 в -7 н/сек:

– по малому зонду  –  не менее 30000 имп/мин;

– по большому зонду  – не менее 2500 имп/мин.

Чувствительность канала ГК с детектором  NaJ(Tl)  не менее 1000 имп/мин на 1 мкР/час.

3.Устройство  и принцип работы аппаратуры СРК

3.1 Устройство прибора

Рис.3. Общий вид аппаратуры СРК 

Общий вид скважинного прибора приведен на рисунке 1,  основными элементами которого являются: головка прибора (1), охранный кожух (3), электронный блок (4), зондовое устройство  2ННКт (4), камера источника нейтронов с источникодержателем (5), нижняя стыковочная головка (6). Зонд  2ННК состоит из корытообразного шасси,  в котором размещены два счетчика медленных нейтронов типа СНМ-56 и СНМ-80 (либо 9.6HE3/760/25HX 8 и 25HE3/304/50H 5),  водородосодержащие экраны из капролона и кадмиевые фильтры.  Экраны поджаты пружиной,  компенсирующей возможные изменения их размеров, вызванные изменением температуры окружающей среды.  Конструкция и расположение экранов обеспечивают требуемую геометрию измерительной установки.

3.2. Принцип работы прибора

Прибор СРК совместно с наземным компьютеризованным каротажным комплексом «Гектор», имеющим возможность приема фазоманипулированного кода «Манчестер-2», представляет собой многоканальную скважинную телеизмерительную систему с кодоимпульсной модуляцией.

В состав прибора входит шасси 1, втулка 2, блок комбинированный 3, охранный кожух 4, контргайка 5,12, винт 6, контакт 7, втулка 8, блок детерминированный 9, источникодержатель 10, камера источника 11, пробка 13.

В приборе имеется блок отсек для источника 10,11,где происходит облучение пород нейтронами. Отражённые нейтроны принимается детектором 9, далее передаётся  по геофизическому кабелю на комбинированный блок, где происходит усиление сигнала, потом преобразуется  в импульсный сигнал.

Сигнал по кабелю идёт на головку прибора, где он передаётся на наземный прибор «Гектор».

3.3. Схема функционирования скважинного прибора

Функциональная схема модуля СРК-76 приведена на рисунке 4.  В состав модуля входят: приборная головка А1, электронный блок А2, зонд  2ННКт – А3 и нижняя стыковочная головка – А4. Зонд  2ННКт содержит два высокоэффективных гелиевых счетчика нейтронов СНМ-56 (2ННКт-МЗ)  и СНМ-80 (2ННКт-БЗ),  которые регистрируют нейтроны и преобразуют их в электрические импульсы. Электрические импульсы выходов двух счетчиков нейтронов поступают на входы  соответствующих усилителей каналов 2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ платы дискриминаторов.  В каналах  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ платы дискриминаторов осуществляется необходимое усиление,  амплитудная селекция и формирование импульсов по амплитуде и длительности.  Импульсы каналов  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ поступают на вход счетчиков процессора платы телеметрии.

Плата телеметрии осуществляет:

Рис 4. Схема электрическая функциональная

– прием и дешифрацию команд, поступающих от цифрового каротажного регистратора;

– накопление импульсов каналов  2ННКт-БЗ и  2ННКт-МЗ в счетчиках процессора за время между опросами;

– установку уровней   срабатывания дискриминаторов каналов  2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ платы дискриминаторов;

– формирование и последовательную передачу в линию связи по запросу с цифрового каротажного регистратора данных каналов  2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ,  температуры в    термостате скважинного модуля, значений уровней дискриминации каналов 2ННКт-БЗ и 2ННКт-МЗ;

– формирование и последовательную передачу в линию связи по отдельному запросу с цифрового каротажного регистратора номера модуля, номера версии и дату введения программы в память процессора;

– тест телеметрии для настройки приема данных каротажным регистратором. 

Питание нейтронных счетчиков осуществляется через платы резисторов, расположенных в блоке фильтров, от преобразователя  (источника высокого напряжения)  постоянным стабилизированным электрическим напряжением положительной полярности относительно корпуса модуля. 

Питание преобразователя, датчика температуры, плат дискриминаторов и телеметрии осуществляется от платы стабилизаторов, которая стабилизирует и фильтрует постоянные напряжения,   вырабатываемые из переменного напряжения 220 В платой питания.

4. Каротажный регистратор "Гектор"

Блок каротажного регистратора «Гектор» (рис. 5) предназначен для приема информации от скважинной геофизической аппаратуры и преобразования ее в цифровую форму для последующей записи данных каротажа в память персонального компьютера, с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации.

Работает со всеми типами 1-, 2- и 3-жильных приборов.

Область применения: наземное оборудование при геофизических исследованиях бурящихся, контрольных, нагнетательных, остановленных и добывающих скважин с использованием скважинной аппаратуры.

Модульный принцип построения регистратора позволяет обрабатывать сигналы параллельно несколькими модулями.

В состав регистратора «Гектор» входят:

- модуль контроля глубины и технологических параметров;

- модуль точного АЦП;

- модуль измерения частоты и периода следования импульсов;

- модуль кодо- и время-импульсной телеметрии;

- модуль быстрого АЦП.

Рис. 5 Каротажный регистратор «Гектор»

Система команд, представление информации и время выполнения команд определяются параметрами установленной материнской платы и используемого микропроцессора.

Обмен данными между регистратором и компьютером производится по интерфейсу RS-232C (через порты COM1 или COM2).

Диалог с регистратором осуществляется с помощью персонального компьютера (NoteBook), установленной на нём управляющей программы "Gektor" и программы "Загрузчик", расположенной в ПЗУ блока глубины, установленного в одном из слотов материнской платы.

Контроль работоспособности основных узлов регистратора осуществляется с помощью тест-программы.

Режим эксплуатации регистратора непрерывный или периодический с многократным включением-выключением напряжения питания.

Каротажный регистратор "Гектор" предназначен для цифровой записи данных каротажа в память бортового компьютера с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации при проведении геофизических исследований бурящихся, контрольных, нагнетательных, остановленных и добывающих скважин с использованием имеющейся и разрабатываемой геофизической аппаратуры. 

Регистратор является специализированным устройством сбора данных, поступающих от скважинного прибора или от блока промыслово-геофизических измерительных систем. Данные подлежащие записи, попадают на вход регистратора в аналоговом или цифровом виде, записываются в цифровой форме в функции глубины, а

также проходят первичную обработку и выводятся с помощью плоттера в виде геофизических кривых, в масштабе и форме, заданных оператором

 «Гектор» позволяет производить каротаж с использованием имеющегося парка геофизического оборудования (следовательно не требует больших материальных затрат при внедрении) и с вновь разрабатываемыми скважинными приборами. «Гектор» выполняет полный комплекс ГИС при строительстве и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. Конструкция блока позволяет использовать «Гектор» в существующих каротажных лабораториях, устанавливая его в свободное место приборной стойки или автономно. Используемые стандартные интерфейсы обеспечивают подключение «Гектора» к любому современному компьютеру. «Гектор» избавляет пользователя от применения большинства наземных панелей, так как коммутация источников питания к жилам геофизического кабеля выполняется в его блоке. «Гектор»- это открытая система, что позволяет достаточно просто проводить его модернизацию. 

Общие принципы функционирования.

Выходные сигналы скважинных приборов, а так же формиро­вателя тактов глубины (далее по тексту - датчик глубины) и датчика магнитных меток подключаются к модулям глубины, АЦП и РК с помощью геофизического интерфейса. Под управлением математического обеспечения регистратора происходит настройка входных узлов модулей регистратора. Далее происходит запись и обработка калибровочных сигналов, на основе которых материнская плата и бортовая ЭВМ вычисляют параметры для масштабирования цифровых данных каротажа, данные о скважине и т.п

               5.   Расчетная часть

                                      Расчёт детектора

1. Зависимость входного напряжения дискриминатора U_g может быть представлена зависимостью:

                                         (1)

     K – коэффициент пропорциональности;

     U₁ – амплитуда напряжения на контуре L₁C₆;

      - обобщенная расстройка;

     β=к_свQ_э – обобщенный коэффициент связи;

     ∆f= f - f₀ – абсолютная расстройка;

     Q_э – эквивалентная добротность контуров.

 Обычно берут β=0,8 так как при таком значении β зависимость ψ(α,β) имеет наибольшую крутизну α_max  0,5β

;                           (2)

1. Сопротивление нагрузок диодов R₁ и R₂ обычно равны друг другу и задаются в пределах R₁=R₂=(1020) кОм.
2. Ёмкости конденсаторов С₁ и С₂ рассчитываются из условия минимальных искажений при детектировании высших модулирующей частоты F_в по формуле:

                            ,  F_b – кГц.                                         (3)

При соблюдении условия

С₁=С₂10С_д-С_{м                                                                          (4)}

С_д – ёмкость диода;   С_м – ёмкость монтажа.

1. Коэффициент передачи диодов:

К_g=cosθ,     θ≈ -  угол отсечки диода;                       (5)

S_υ – крутизна диода.

1. Коэффициент включения контура L₁C₆ в цепь транзистора:

;                                          (6)

R_k=2πf₀L₁Q_k – собственное резонансное сопротивление контура;

Q_k – собственная добротность контура;

 - выходное сопротивление транзистора – ограничителя;

R_вых – выходное сопротивление транзистора в режиме усилителя.

1. Выбор сопротивлений R₃ и R₄:

R₃ = R₄=R_{вхУНЧ                                                                  (7)}

С=0,4(6                                                       (8)

τ_п=50-100 мк сек – постоянная времени цепи предискажений.

Относительное изменение величины τ_п

∆n =.                                          (9)

1. Амплитуда напряжения на входе УНЧ:

                                         (10)

I_k1 – амплитуда первой гармоники.

R_э=2πf₀L₁Q_э – эквивалентное резонансное сопротивление контура.

1. Ёмкость конденсатора С₄:

R_э – кОмм                                 (11)

Заключение

В данной курсовой работе мы рассмотрели аппаратуру нейтрон -нейтронного каротажа по надтепловым нейтронам СРК. Прибор предназначен для измерения водонасыщенной пористости пород по нейтронному каротажу и мощности дозы естественной гамма активности пород (при наличии встроенного канала ГК).

Рассмотрели каротажный регистратор «Гектор», пред­назначенный для цифровой записи данных каротажа в память бортового компьютера с одновременным визуальным оперативным контролем качества записанной информации при проведении геофизических исследований бурящихся, контрольных, нагнетатель­ных, остановленных и добывающих скважин с использованием имеющейся и разрабатываемой  геофизической аппаратуры.

Список литературы

1. Н.Н. Алаева. ПГПМ. Методические указания к выполнению курсовых работ. АГНИ, 2010.
2. Т.Г. Габдуллин. Техника и технология оперативных исследований скважин. Казань, Плутон, 2005.

3.  Басин Я.Н. Методы радиоактивного и электрического каротажа, 1963. 

4.  Томус Ю.Б., Алаева Н.Н., Ситдикова И.П. Компьютеризированные каротажные станции. АГНИ, 2009.