EA035942B1 - Device for measuring neutron porosity - Google Patents
Device for measuring neutron porosity Download PDFInfo
- Publication number
- EA035942B1 EA035942B1 EA201892459A EA201892459A EA035942B1 EA 035942 B1 EA035942 B1 EA 035942B1 EA 201892459 A EA201892459 A EA 201892459A EA 201892459 A EA201892459 A EA 201892459A EA 035942 B1 EA035942 B1 EA 035942B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- neutron
- detector
- neutrons
- thermal
- source
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
- G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
- G01V5/12—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизических исследований параметров геологических пластов методом импульсного нейтрон-нейтронного каротажа и может быть использовано в скважинных устройствах, предназначенных для измерения нейтронной пористости пластов горных пород в скважинах.The invention relates to the field of geophysical studies of the parameters of geological layers by the method of pulsed neutron-neutron logging and can be used in downhole devices designed to measure the neutron porosity of rock formations in wells.
Импульсный нейтрон-нейтронный каротаж применяют в обсаженных скважинах для литологического расчленения разрезов и выделения коллекторов, выявления водо- и нефтегазонасыщенных пластов, определения положений водонефтяного контакта, определения газожидкостных контактов, оценки пористости пород, количественной оценки начальной, текущей и остаточной нефтенасыщенности, контроля за процессом испытания и освоения скважин (Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ с приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах РД 153-39.0-072-01, Москва - 2002).Pulsed neutron-neutron logging is used in cased wells for lithological dissection of sections and reservoir isolation, identification of water and oil-and-gas-saturated formations, determination of the positions of oil-water contact, determination of gas-liquid contacts, assessment of rock porosity, quantitative assessment of initial, current and residual oil saturation, monitoring the test process and well development (Technical instructions for conducting geophysical surveys and work with instruments on a cable in oil and gas wells RD 153-39.0-072-01, Moscow - 2002).
Известно Устройство, снабженное нейтронным генератором, для измерения нейтронной пористости, обладающее высокой чувствительностью к пористости. Устройство включает в себя источник быстрых нейтронов, ближний нейтронный детектор и дальний нейтронный детектор, расположенный на большем расстоянии от нейтронного источника, чем ближний нейтронный детектор, источник быстрых нейтронов выполнен в виде электронного генератора нейтронов, электронный генератор нейтронов является генератором 14 МэВ нейтронов, излучаемые в горную породу нейтроны имеют энергию выше энергии нейтронов, излучаемых AmBe источником, ближний нейтронный детектор является детектором тепловых нейтронов, детектор тепловых нейтронов содержит 3Не, активная область детектора тепловых нейтронов ближайшего к электронному генератору нейтронов, располагается от него на расстояниях менее примерно 7, или 9, или 10 дюймов, активная область детектора тепловых нейтронов дальнего по отношению к электронному генератору нейтронов располагается от него на расстоянии более 15 дюймов, между детектором тепловых нейтронов и электронным нейтронным генератором установлен экран (заявка на патент США №2011/0297818 A1, G01V 5/10. 08.12.2011, аналог).It is known a device equipped with a neutron generator for measuring neutron porosity, having a high sensitivity to porosity. The device includes a fast neutron source, a near neutron detector and a far neutron detector located at a greater distance from the neutron source than the near neutron detector, the fast neutron source is made in the form of an electronic neutron generator, the electronic neutron generator is a generator of 14 MeV neutrons emitted into rock, neutrons have an energy higher than the energy of neutrons emitted by the AmBe source, the near neutron detector is a thermal neutron detector, the thermal neutron detector contains 3 He, the active region of the thermal neutron detector closest to the electronic neutron generator is located from it at distances less than about 7, or 9 , or 10 inches, the active area of the thermal neutron detector far from the electronic neutron generator is located more than 15 inches from it, a screen is installed between the thermal neutron detector and the electronic neutron generator (application for US patent No. 2011/0297818 A1, G01V 5/10. 08.12.2011, analogue).
Недостатком аналога является относительно низкая точность измерения влажности горной породы в скважине при наличии в ней кристаллизационной (связанной) воды, поскольку поток тепловых нейтронов определяется общим содержанием воды, а не только водой, содержащейся в поровом пространстве. Относительно низкая точность измерения влажности может быть обусловлена также наличием в породе примесей, заметно поглощающих тепловые нейтроны.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of measuring the moisture content of the rock in the well in the presence of crystallization (bound) water in it, since the flux of thermal neutrons is determined by the total water content, and not only by the water contained in the pore space. The relatively low accuracy of moisture measurement can also be due to the presence of impurities in the rock that noticeably absorb thermal neutrons.
Известно Скважинное устройство для определения нейтронной пористости, характеризующееся повышенной точностью и уменьшением литологических эффектов. Устройство включает в себя импульсный генератор 14 МэВ нейтронов, нейтронный монитор, первый и второй нейтронные детекторы и схему обработки данных. Причем первый нейтронный детектор, или второй нейтронный детектор, или оба нейтронных детектора расположены от импульсного генератора на расстоянии, обеспечивающем минимальное влияние литологии (заявка на патент США №2011/0260044 A1, G01V 5/10. 27.10.2011, аналог).Known borehole device for determining neutron porosity, characterized by increased accuracy and reduced lithological effects. The device includes a 14 MeV neutron pulse generator, a neutron monitor, the first and second neutron detectors, and a data processing circuit. Moreover, the first neutron detector, or the second neutron detector, or both neutron detectors are located from the pulse generator at a distance that ensures the minimum effect of lithology (US patent application No. 2011/0260044 A1, G01V 5/10. 27.10.2011, analogue).
Недостатком аналога является относительно низкая точность измерения влажности горной породы в скважине при наличии в ней кристаллизационной (связанной) воды, поскольку поток тепловых нейтронов определяется общим содержанием воды, а не только водой, содержащейся в поровом пространстве. Относительно низкая точность измерения влажности может быть обусловлена также наличием в породе примесей, заметно поглощающих тепловые нейтроны.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of measuring the moisture content of the rock in the well in the presence of crystallization (bound) water in it, since the flux of thermal neutrons is determined by the total water content, and not only by the water contained in the pore space. The relatively low accuracy of moisture measurement can also be due to the presence of impurities in the rock that noticeably absorb thermal neutrons.
Известны Скважинные устройства для определения сечения поглощения и пористости, снабженные нейтронными мониторами. Устройства включают в себя импульсный источник нейтронов, нейтронный монитор, расположенный рядом с источником нейтронов, гамма-детектор, расположенный от источника нейтронов на расстоянии примерно 8-40 дюймов, защитный экран между гамма-детектором и нейтронным источником, детектор эпитепловых нейтронов, расположенный между источником нейтронов и гамма-детектором на расстоянии от 9 до 14 дюймов от нейтронного источника, детектор тепловых нейтронов, расположенный рядом с детектором эпитепловых нейтронов, дополнительно один и более детекторов эпитепловых и тепловых нейтронов, расположенных от нейтронного источника на большем расстоянии, чем расстояние между гамма-детектором и нейтронным источником, причем расстояние между дополнительными детекторами эпитепловых и тепловых нейтронов и нейтронным источником составляет 24 или более дюймов (патент США № 7365307 В2, G01V 5/10. 29.04.2008, прототип).Known downhole devices for determining the absorption cross section and porosity, equipped with neutron monitors. Devices include a pulsed neutron source, a neutron monitor located near the neutron source, a gamma detector located about 8-40 inches from the neutron source, a shield between the gamma detector and the neutron source, an epithermal neutron detector located between the source neutrons and a gamma detector at a distance of 9 to 14 inches from the neutron source, a thermal neutron detector located next to the epithermal neutron detector, additionally one or more epithermal and thermal neutron detectors located at a greater distance from the neutron source than the distance between the gamma a detector and a neutron source, and the distance between additional detectors of epithermal and thermal neutrons and the neutron source is 24 inches or more (US patent No. 7365307 B2, G01V 5/10. 29.04.2008, prototype).
Недостатком прототипа является невозможность регистрации быстрых нейтронов, излучаемых импульсным источником нейтронов во время его импульсов, пропорциональным Не-3 счетчиком при условии наложения электрических сигналов на выходе пропорционального счетчика.The disadvantage of the prototype is the impossibility of registering fast neutrons emitted by a pulsed neutron source during its pulses, a proportional He-3 counter, provided that electrical signals are superimposed at the output of the proportional counter.
Прототип содержит, как минимум, три нейтронных детектора: нейтронный монитор, детектор эпитепловых нейтронов и детектор тепловых нейтронов, которые расположены на разных расстояниях от импульсного источника нейтронов. Это приводит к увеличению длины скважинного прибора и ухудшению условий беспрепятственной проводки скважинного прибора по скважине.The prototype contains at least three neutron detectors: a neutron monitor, an epithermal neutron detector and a thermal neutron detector, which are located at different distances from the pulsed neutron source. This leads to an increase in the length of the downhole tool and deterioration of the conditions for unhindered guidance of the downhole tool through the well.
Техническим результатом изобретения является обеспечение регистрации быстрых нейтронов, излучаемых импульсным источником нейтронов во время его импульсов, пропорциональным Не-3 счетчиком при условии наложения электрических сигналов на выходе пропорционального счетчика. Следствием чего является уменьшение количества нейтронных детекторов в скважинном приборе и длины скваThe technical result of the invention is to ensure the registration of fast neutrons emitted by a pulsed neutron source during its pulses by a proportional He-3 counter, provided that electrical signals are superimposed at the output of the proportional counter. The result is a decrease in the number of neutron detectors in the downhole tool and the length of the well
- 1 035942 жинного прибора, улучшающих условия беспрепятственной проводки скважинного прибора по скважине.- 1,035942 borehole tools that improve the conditions for unhindered drilling of the downhole tool through the well.
Это достигается за счет использования вместо нескольких нейтронных детекторов нейтронного монитора, детектора эпитепловых нейтронов, а также детектора тепловых нейтронов одного детектора тепловых нейтронов, расположенного на одном расстоянии от нейтронного источника, и регистрации им отдельно быстрых, эпитепловых и тепловых нейтронов за счет измерения временной зависимости сигнала, возникающего на выходе пропорционального счетчика во время и между нейтронными импульсами, с помощью усилителя-интегратора.This is achieved by using, instead of several neutron detectors, a neutron monitor, an epithermal neutron detector, and a thermal neutron detector, one thermal neutron detector located at the same distance from the neutron source, and registering fast, epithermal and thermal neutrons separately by measuring the time dependence of the signal arising at the output of the proportional counter during and between neutron pulses, using an integrator amplifier.
Технический результат достигается тем, что в устройстве определения нейтронной пористости, включающем в себя импульсный источник быстрых нейтронов, нейтронный детектор, размещенные в цилиндрическом охранном корпусе, в качестве нейтронного монитора, детектора эпитепловых нейтронов, а также детектора тепловых нейтронов используется один детектор тепловых нейтронов, расположенный соосно с импульсным источником быстрых нейтронов и цилиндрическим охранным корпусом, детектор тепловых нейтронов подключен к усилителю-интегратору, усилитель-интегратор подключен к процессору, процессор подключен к системе телеметрии, при этом импульсный источник быстрых нейтронов подключен к блоку управления, блок управления подключен также к процессору.The technical result is achieved by the fact that in the device for determining the neutron porosity, which includes a pulsed source of fast neutrons, a neutron detector placed in a cylindrical guard housing, as a neutron monitor, an epithermal neutron detector, and a thermal neutron detector, one thermal neutron detector is used, located coaxially with a pulsed fast neutron source and a cylindrical protective casing, the thermal neutron detector is connected to the integrator amplifier, the integrator amplifier is connected to the processor, the processor is connected to the telemetry system, while the pulsed fast neutron source is connected to the control unit, the control unit is also connected to the processor ...
Сущность изобретения поясняется а фиг. 1-3.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1-3.
На фиг. 1 схематично показаны состав и взаимное расположение основных элементов одной из возможных конструкций скважинного прибора, где:FIG. 1 schematically shows the composition and relative position of the main elements of one of the possible designs of the downhole tool, where:
- цилиндрический охранный корпус,- cylindrical security body,
- импульсный источник быстрых нейтронов,- pulsed source of fast neutrons,
- детектор тепловых нейтронов,- thermal neutron detector,
- усилитель-интегратор,- amplifier-integrator,
- процессор,- processor,
- блок управления,- Control block,
- система телеметрии.- telemetry system.
На фиг. 2 показана зависимость от времени удельного энерговыделения в детекторе 3 тепловых нейтронов при использовании в его качестве пропорционального 3Не счетчика и составляющие удельного энерговыделения, рассчитанные для кальцита с нейтронной пористостью (влажностью) 14,9% при его облучении 14 МэВ нейтронами с длительностью нейтронного импульса 1 мкс, где:FIG. 2 shows the time dependence of the specific energy release in the thermal neutron detector 3 when used as a proportional 3 He counter and the specific energy release components calculated for calcite with a neutron porosity (moisture) of 14.9% when it is irradiated with 14 MeV neutrons with a neutron pulse duration of 1 μs, where:
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3,- the dependence of the specific energy release in the detector 3,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3, вызываемого быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ - 40 кэВ,- the dependence of the specific energy release in detector 3, caused by fast neutrons with an energy of 14 MeV - 40 keV,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3, вызываемого эпитепловыми нейтронами с энергией 40 кэВ - 0,414 эВ,- the dependence of the specific energy release in detector 3, caused by epithermal neutrons with an energy of 40 keV - 0.414 eV,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3, вызываемого тепловыми нейтронами с энергией менее 0,414 эВ.- the dependence of the specific energy release in the detector 3 caused by thermal neutrons with an energy of less than 0.414 eV.
На фиг. 3 показаны рассчитанные зависимости удельного энерговыделения в детекторе 3 тепловых нейтронов при использовании в его качестве пропорционального 3Не счетчика при различной нейтронной пористости кальцита при его облучении 14 МэВ нейтронами с длительностью нейтронного импульса 1 мкс, где:FIG. 3 shows the calculated dependences of the specific energy release in the thermal neutron detector 3 when using a proportional 3 He counter as it with different neutron porosities of calcite when it is irradiated with 14 MeV neutrons with a neutron pulse duration of 1 μs, where:
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3 для кальцита с нейтронной пористостью 0,8%,- the dependence of the specific energy release in detector 3 for calcite with a neutron porosity of 0.8%,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3 для кальцита с нейтронной пористостью 14,9%,- the dependence of the specific energy release in detector 3 for calcite with a neutron porosity of 14.9%,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3 для кальцита с нейтронной пористостью 36,4%,- dependence of the specific energy release in detector 3 for calcite with neutron porosity of 36.4%,
- зависимость удельного энерговыделения в детекторе 3 для пресной воды.- the dependence of the specific energy release in the detector 3 for fresh water.
Скважинное устройство согласно заявляемому техническому решению содержит цилиндрический охранный корпус 1, импульсный источник 2 быстрых нейтронов, детектор 3 тепловых нейтронов, усилитель-интегратор 4, процессор 5, блок управления 6 и систему телеметрии 7.The downhole device according to the claimed technical solution contains a cylindrical guard housing 1, a pulsed source 2 of fast neutrons, a detector 3 of thermal neutrons, an amplifier-integrator 4, a processor 5, a control unit 6 and a telemetry system 7.
Цилиндрический охранный корпус 1 служит в качестве прочного корпуса устройства и выполняется из стали толщиной около нескольких миллиметров.The cylindrical security body 1 serves as a robust device body and is made of steel about a few millimeters thick.
Импульсный источник 2 быстрых нейтронов может быть выполнен в виде генератора нейтронов с энергией 2,5 МэВ или 14 МэВ, расположен соосно с охранным корпусом 1 и служит для облучения горной породы импульсами быстрых нейтронов. Импульсный источник 2 подключен электрически к блоку управления 6.The pulsed source of fast neutrons 2 can be made in the form of a neutron generator with an energy of 2.5 MeV or 14 MeV, is located coaxially with the protective body 1 and serves to irradiate the rock with pulses of fast neutrons. Pulse source 2 is electrically connected to control unit 6.
Детектор 3 тепловых нейтронов служит для регистрации нейтронов, поступающих от импульсного источника 2 и из окружающей среды. В качестве детектора 3 тепловых нейтронов может использоваться пропорциональный счетчик, заполненный 3Не, длина которого обычно составляет от 8 до 15 см, а диаметр около 30 мм. Детектор 3 может быть выполнен в виде кассеты, содержащей несколько пропорциональных счетчиков. Детектор 3 тепловых нейтронов обычно располагают по отношению к импульсномуThe thermal neutron detector 3 is used to register neutrons coming from the pulsed source 2 and from the environment. As a thermal neutron detector 3, a proportional counter filled with 3 He can be used, the length of which is usually 8 to 15 cm and a diameter of about 30 mm. The detector 3 can be made in the form of a cassette containing several proportional counters. The thermal neutron detector 3 is usually located in relation to the pulsed
- 2 035942 источнику 2 на расстоянии L<15 см и соосно с охранным корпусом 1.- 2 035942 to source 2 at a distance L <15 cm and coaxial with the guard building 1.
Блок управления 6 электрически подключен к импульсному источнику 2 и процессору 5 и служит для управления работой импульсного источника 2.The control unit 6 is electrically connected to the impulse source 2 and the processor 5 and serves to control the operation of the impulse source 2.
Детектор 3 тепловых нейтронов подключен электрически ко входу усилителя-интегратора 4, который служит для интегрирования, усиления и оцифровки заряда, образуемого в детекторе 3 тепловых нейтронов в результате взаимодействия с ними нейтронов различной энергии.The thermal neutron detector 3 is electrically connected to the input of the amplifier-integrator 4, which serves to integrate, amplify and digitize the charge generated in the thermal neutron detector 3 as a result of the interaction of neutrons of various energies with them.
К усилителю-интегратору 4 подключен также процессор 5. Процессор 5 служит для программирования режимов работы усилителя-интегратора 4, блока управления 6 и передачи оцифрованных данных в системе телеметрии 7.Processor 5 is also connected to amplifier-integrator 4. Processor 5 is used for programming the operating modes of amplifier-integrator 4, control unit 6 and transmission of digitized data in telemetry system 7.
Система телеметрии 7 служит для передачи данных в наземную аппаратуру (на фиг. 1 не показана).The telemetry system 7 is used to transmit data to ground equipment (not shown in Fig. 1).
Сигнал, снимаемый с выхода детектора 3, пропорционален удельному энерговыделению в детекторе 3 (зависимость 8 на фиг. 2).The signal taken from the output of the detector 3 is proportional to the specific energy release in the detector 3 (dependence 8 in Fig. 2).
При облучении вещества импульсным источником 2 быстрых нейтронов в веществе в различные моменты времени с начала импульса присутствуют быстрые нейтроны различной энергии, эпитепловые и тепловые нейтроны. Соотношение их потоков зависит от времени и нейтронной пористости горной породы.When a substance is irradiated with a pulsed source of 2 fast neutrons, the substance at different times from the beginning of the pulse contains fast neutrons of various energies, epithermal and thermal neutrons. The ratio of their fluxes depends on the time and the neutron porosity of the rock.
Величина энерговыделения (заряда), возникающего в детекторе 3 под действием быстрых нейтронов, определяется их потоком и средней энергией, передаваемой 3Не за счет упругого рассеяния быстрых нейтронов.The amount of energy release (charge) arising in the detector 3 under the action of fast neutrons is determined by their flux and the average energy transferred by 3 He due to elastic scattering of fast neutrons.
Величина энерговыделения (заряда), возникающего в детекторе 3 под действием эпитепловых и тепловых нейтронов, прямо пропорциональна потоку на него этих нейтронов, поскольку при их захвате ядром 3Не выделяется одна и та же энергия, равная 0,76 Мэв/нейтрон.The amount of energy release (charge) arising in the detector 3 under the action of epithermal and thermal neutrons is directly proportional to the flux of these neutrons on it, since when they are captured by the 3 He nucleus, the same energy is released, equal to 0.76 MeV / neutron.
Во время импульса источника 2 и некоторое время после него на детектор поступают в основном быстрые нейтроны как непосредственно от источника, так и со стороны окружающего вещества (зависимость 9 на фиг. 2 для нейтронов с энергией 14 МэВ - 40 кэВ). Из-за замедления быстрых нейтронов в веществе средняя энергия этих нейтронов постоянно уменьшается. Время замедления быстрых нейтронов сильно зависит от нейтронной пористости горной породы и уменьшается с ее увеличением.During the pulse of source 2 and some time after it, mainly fast neutrons arrive at the detector both directly from the source and from the surrounding matter (dependence 9 in Fig. 2 for neutrons with an energy of 14 MeV - 40 keV). Due to the slowing down of fast neutrons in matter, the average energy of these neutrons is constantly decreasing. The slowdown time of fast neutrons strongly depends on the neutron porosity of the rock and decreases with its increase.
Из зависимости 9 видно, что сигнал, возникающий в детекторе 3 тепловых нейтронов при t« 0,1 мкс от начала нейтронного импульса, может быть использован для мониторирования выхода импульсного источника 2.From dependence 9 it can be seen that the signal arising in the thermal neutron detector 3 at t <0.1 μs from the beginning of the neutron pulse can be used to monitor the output of the pulsed source 2.
Через несколько микросекунд после начала нейтронного импульса на детектор начинают поступать эпитепловые нейтроны (зависимость 10 на фиг. 2 для нейтронов с энергией 40 кэВ - 0,414 эВ). В случае короткого ~1 мкс нейтронного импульса максимальная плотность их потока на детектор достигается примерно через t«2-3 мкс и затем быстро спадает с постоянной спада не более нескольких десятков микросекунд. Таким образом, сигнал, возникающий в детекторе 3 тепловых нейтронов при t®2-3 мкс, в основном вызван эпитепловыми нейтронами.A few microseconds after the beginning of the neutron pulse, epithermal neutrons begin to arrive at the detector (dependence 10 in Fig. 2 for neutrons with an energy of 40 keV - 0.414 eV). In the case of a short ~ 1 μs of a neutron pulse, the maximum density of their flux to the detector is reached in about t ≈ 2-3 μs and then rapidly decreases from a decay constant of no more than a few tens of microseconds. Thus, the signal appearing in the thermal neutron detector 3 at t®2-3 μs is mainly caused by epithermal neutrons.
Тепловые нейтроны начинают поступать на детектор через несколько десятков микросекунд после начала нейтронного импульса (зависимость 11 на фиг. 2 для нейтронов с энергией <0,414 эВ). В случае нейтронного импульса длительностью около 1 мкс удельное энерговыделение достигает максимума к моменту времени t~10-20 мкс. Сигнал, возникающий в детекторе 3 тепловых нейтронов t>«20 мкс, в основном вызван тепловыми нейтронами.Thermal neutrons begin to arrive at the detector several tens of microseconds after the start of the neutron pulse (dependence 11 in Fig. 2 for neutrons with energies <0.414 eV). In the case of a neutron pulse with a duration of about 1 μs, the specific energy release reaches a maximum by the time t ~ 10-20 μs. The signal arising in the thermal neutron detector 3 t> «20 μs, is mainly caused by thermal neutrons.
Постоянная спада потока тепловых нейтронов на детектор зависит от нейтронной пористости горной породы и практически не превышает 1 мс. Поэтому при частоте повторения импульсов менее 100 Гц к моменту прихода следующего импульса тепловые нейтроны в горной породе вымирают и с приходом следующего импульса процесс полностью повторяется.The decay constant of the thermal neutron flux to the detector depends on the neutron porosity of the rock and practically does not exceed 1 ms. Therefore, at a pulse repetition rate of less than 100 Hz, by the time of the arrival of the next pulse, thermal neutrons in the rock die out and with the arrival of the next pulse, the process is completely repeated.
В настоящее время для измерения нейтронной пористости горной породы в скважине используются эпитепловые и тепловые нейтроны. Для их регистрации применяются пропорциональные 3Не или 10В счетчики.At present, epithermal and thermal neutrons are used to measure the neutron porosity of rocks in a well. For their registration, proportional 3 He or 10 V counters are used.
Время сбора заряда, образованного в пропорциональном счетчике в результате захвата нейтрона, составляет около 1-4 мкс [D. Mazed, S. Mameri, R. Ciolini. Design parameters and technology optimization of 3He-filled proportional counter for thermal neutron detection and spectrometry applications. Radiation Measurements 47 (2012) 577-587]. Соответствующее мертвое время для пропорциональных счетчиков составляет <10 мкс [G.P. Manessi. Development of advanced radiation monitors for pulsed neutron fields. PhD thises. (2015) 1-147, p.16]. Указанное мертвое время неизбежно приводит к просчету нейтронов при частоте регистрируемых событий более 5-10 кГц. Такая частота может иметь место при регистрации нейтронов во время сравнительно короткого и мощного нейтронного импульса и некоторое время после него.The collection time of the charge generated in the proportional counter as a result of neutron capture is about 1-4 μs [D. Mazed, S. Mameri, R. Ciolini. Design parameters and technology optimization of 3 He-filled proportional counter for thermal neutron detection and spectrometry applications. Radiation Measurements 47 (2012) 577-587]. The corresponding dead time for proportional counters is <10 μs [GP Manessi. Development of advanced radiation monitors for pulsed neutron fields. PhD thises. (2015) 1-147, p.16]. The indicated dead time inevitably leads to a miscalculation of neutrons at a frequency of recorded events of more than 5-10 kHz. Such a frequency can occur when neutrons are detected during a relatively short and powerful neutron pulse and for some time after it.
Временной спектр скоростей счета для отечественной низкочастотной аппаратуры сильно искажен просчетами, причем применяемая методика коррекции ограничивается просчетами до 2-кратных, что явно недостаточно. Основным интерпретационным параметром является измеряемый временной декремент спада нейтронов или фотонов, который зависит не только от свойств пласта, но и от условий измеThe temporal spectrum of count rates for domestic low-frequency equipment is strongly distorted by miscalculations, and the correction technique used is limited to miscalculations up to 2-fold, which is clearly not enough. The main interpretation parameter is the measured neutron or photon decay time decrement, which depends not only on the reservoir properties, but also on the measurement conditions.
- 3 035942 рения - конструкции и заполнения скважины, величины зонда. Полученное значение декремента к тому же обычно не обеспечивается оценкой его точности» (Бородин С.Г. Глубокая обработка данных импульсного нейтронного каротажа нефтегазовых скважин, автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Москва - 2009).- 3 035942 rhenium - well design and filling, probe size. The resulting decrement value, moreover, is usually not provided by an assessment of its accuracy "(Borodin SG Deep processing of pulsed neutron logging data from oil and gas wells, abstract of the thesis for the degree of candidate of physical and mathematical sciences, Moscow - 2009).
Предлагаемое устройство для реализации импульсного нейтрон-нейтронного каротажа содержит усилитель-интегратор, обеспечивающий регистрацию нейтронов всего спектра (зависимость 8 на фиг. 2), в том числе и при наложении регистрируемых событий, во всем временном интервале, как во время нейтронных импульсов, так и между ними.The proposed device for the implementation of pulsed neutron-neutron logging contains an amplifier-integrator, providing registration of neutrons of the entire spectrum (dependence 8 in Fig. 2), including when the registered events are superimposed, in the entire time interval, both during neutron pulses and between them.
Усилитель-интегратор обеспечивает измерение величины заряда, образуемого в нейтронном детекторе, падающими на него нейтронами как в случае высокой частоты следования регистрируемых событий, так и в случае их частичного наложения. При этом заряд, собранный с выхода счетчика, пропорционален числу зарегистрированных нейтронов и выделяющейся при этом энергии [I. Rios, J. Gonzalez, and R.E. Mayer. Total fluence influence on the detected magnitude of neutron burst using proportional detectors. Radiation Measurement 53-54 (2013) 31-37; J. Moreno, L. Birstein, R.E. Mayer et al. System for measurement of low yield neutron pulses from D-D fusion reactions based upon а 3Не proportional counter. Meas. Sci. Technol. 19 (2008) IOPScience 087002 (5pp)].The amplifier-integrator measures the value of the charge formed in the neutron detector by the incident neutrons both in the case of a high repetition rate of the registered events and in the case of their partial overlap. In this case, the charge collected from the output of the counter is proportional to the number of registered neutrons and the energy released during this [I. Rios, J. Gonzalez, and R.E. Mayer. Total fluence influence on the detected magnitude of neutron burst using proportional detectors. Radiation Measurement 53-54 (2013) 31-37; J. Moreno, L. Birstein, R.E. Mayer et al. System for measurement of low yield neutron pulses from D-D fusion reactions based upon a 3Не proportional counter. Meas. Sci. Technol. 19 (2008) IOPScience 087002 (5pp)].
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Скважинный прибор размещают в скважине. Устанавливают с помощью процессора 5 режим работы блока управления 6 и усилителя-интегратора 4.The downhole tool is placed in the well. Using the processor 5, the operating mode of the control unit 6 and the amplifier-integrator 4 is set.
Включают импульсный источник 2 на генерацию импульсов быстрых нейтронов. Быстрые нейтроны выходят из импульсного источника 2 и в общем случае попадают в промывочную (скважинную) жидкость, обсадную колонну, а затем в горную породу вокруг скважины, в которых быстрые нейтроны взаимодействуют с ядрами входящих в их состав химических элементов, вследствие чего в основном теряют энергию, становятся с течением времени эпитепловыми, а затем и тепловыми. Количество образовавшихся эпитепловых и тепловых нейтронов зависит от нейтронной пористости горной породы и времени после нейтронного импульса. Количество тепловых нейтронов и время их жизни зависит также от наличия химических элементов, поглощающих нейтроны.Pulse source 2 is switched on to generate fast neutron pulses. Fast neutrons come out of pulsed source 2 and generally enter the flushing (well) fluid, casing, and then into the rock around the well, in which fast neutrons interact with the nuclei of their constituent chemical elements, as a result of which they generally lose energy , become epithermal over time, and then thermal. The amount of formed epithermal and thermal neutrons depends on the neutron porosity of the rock and the time after the neutron pulse. The number of thermal neutrons and their lifetime also depend on the presence of chemical elements that absorb neutrons.
Быстрые нейтроны импульсного источника 2, а также быстрые нейтроны источника, рассеявшиеся в окружающей среде во время нейтронного импульса, эпитепловые и тепловые нейтроны частично попадают в детектор 3 тепловых нейтронов. Заряд, возникающий под действием нейтронов в детекторе 3 тепловых нейтронов, поступает в усилитель-интегратор 4, в котором он усиливается и далее оцифровывается. Временная зависимость сигнала на выходе усилителя-интегратора 4 определяются количеством взаимодействий тех или иных нейтронов с веществом внутри детектора 3 тепловых нейтронов в соответствующие моменты времени и выделяющейся при этом энергией.Fast neutrons of the pulsed source 2, as well as fast neutrons of the source, scattered in the environment during the neutron pulse, epithermal and thermal neutrons partially enter the thermal neutron detector 3. The charge arising under the action of neutrons in the thermal neutron detector 3 enters the amplifier-integrator 4, in which it is amplified and further digitized. The time dependence of the signal at the output of the amplifier-integrator 4 is determined by the number of interactions of certain neutrons with the substance inside the thermal neutron detector 3 at the corresponding moments of time and the energy released in this case.
Сигналы, поступающие с выхода усилителя-интегратора 4 во время и между нейтронными импульсами, передаются с помощью процессора 5 и системы телеметрии 7 в наземную аппаратуру (на фиг. 1 не показана), где сохраняются в памяти персонального компьютера (ПК). Процесс повторяется для N>1 нейтронных импульсов, при этом каждую последующую зависимость сигнала от времени для детектора 3 тепловых нейтронов суммируют с предыдущей. Число нейтронных импульсов N определяется заданной точностью измерений.The signals coming from the output of the amplifier-integrator 4 during and between neutron pulses are transmitted by the processor 5 and the telemetry system 7 to the ground equipment (not shown in Fig. 1), where they are stored in the memory of a personal computer (PC). The process is repeated for N> 1 neutron pulses, while each subsequent dependence of the signal on time for the thermal neutron detector 3 is added to the previous one. The number of neutron pulses N is determined by the given measurement accuracy.
В наземной аппаратуре полученную временную зависимость сравнивают с набором зависимостей из базы данных, рассчитанных заранее для горной породы различной нейтронной пористости, при различных параметрах скважины и обсадной колонны, а также промывочной жидкости и аттестованных путем измерений указанных зависимостей данным способом на геофизических моделях горных пород.In ground-based equipment, the obtained time dependence is compared with a set of dependencies from the database, calculated in advance for rocks of different neutron porosity, for different parameters of the well and casing, as well as flushing fluid and certified by measuring these dependencies in this way on geophysical models of rocks.
Из базы данных выбирают расчетную зависимость, наиболее близкую, в соответствии с применяемыми критериями оценки, к зависимости, зарегистрированной детектором 3 тепловых нейтронов. Нейтронную пористость горной породы, а также параметры скважины принимают совпадающими с нейтронной пористостостью и параметрами, использованными при получении расчетной зависимости.The calculated dependence is selected from the database, which is the closest, in accordance with the applied evaluation criteria, to the dependence registered by the thermal neutron detector 3. The neutron porosity of the rock, as well as the parameters of the well, are taken to coincide with the neutron porosity and the parameters used to obtain the calculated dependence.
Таким образом, заявленный технический результат - обеспечение регистрации быстрых нейтронов, излучаемых импульсным источником нейтронов во время его импульсов, пропорциональным Не-3 счетчиком при условии наложения электрических сигналов на выходе пропорционального счетчика осуществляется за счет использования импульсного источника 2 быстрых нейтронов, размещенного в цилиндрическом охранном корпусе 1 и подключенного к блоку управления 6, который подключен также к процессору 5, применения вместо нескольких нейтронных детекторов: нейтронного монитора, детектора эпитепловых нейтронов, а также детектора тепловых нейтронов одного детектора 3 тепловых нейтронов, подключенного последовательно к усилителю-интегратору 4, процессору 5 и системе телеметрии 7.Thus, the claimed technical result - ensuring the registration of fast neutrons emitted by a pulsed neutron source during its pulses, by a proportional He-3 counter, subject to the superposition of electrical signals at the output of the proportional counter, is carried out through the use of a pulsed source of 2 fast neutrons, located in a cylindrical protective case 1 and connected to the control unit 6, which is also connected to the processor 5, using instead of several neutron detectors: a neutron monitor, an epithermal neutron detector, as well as a thermal neutron detector, one thermal neutron detector 3 connected in series to an amplifier-integrator 4, processor 5 and telemetry system 7.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102752A RU2690095C1 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Device for neutron porosity determination |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201892459A1 EA201892459A1 (en) | 2019-08-30 |
| EA035942B1 true EA035942B1 (en) | 2020-09-03 |
Family
ID=67037672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201892459A EA035942B1 (en) | 2018-01-24 | 2018-11-27 | Device for measuring neutron porosity |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA035942B1 (en) |
| RU (1) | RU2690095C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767510A (en) * | 1996-04-15 | 1998-06-16 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole invariant porosity measurement system |
| US7365307B2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-04-29 | Schlumberger Technology Corporation | Sigma/porosity tools with neutron monitors |
| US8759750B2 (en) * | 2008-11-18 | 2014-06-24 | Schlumberger Technology Corporation | Neutron-generator-based thermal neutron porosity device with high porosity sensitivity |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2351963C1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-10 | ПетроАльянс Сервисис Компани лимитед (Кипр) | Method of assessment of reservoir bed porosity in horizontal wells by implemeting three-probe neutron survey |
| US9372277B2 (en) * | 2010-04-21 | 2016-06-21 | Schlumberger Technology Corporation | Neutron porosity downhole tool with improved precision and reduced lithology effects |
| RU2468393C1 (en) * | 2011-07-06 | 2012-11-27 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Method and apparatus for determining porosity and saturation of formations based simultaneously on thermal and epithermal neutrons |
-
2018
- 2018-01-24 RU RU2018102752A patent/RU2690095C1/en active
- 2018-11-27 EA EA201892459A patent/EA035942B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5767510A (en) * | 1996-04-15 | 1998-06-16 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole invariant porosity measurement system |
| US7365307B2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-04-29 | Schlumberger Technology Corporation | Sigma/porosity tools with neutron monitors |
| US8759750B2 (en) * | 2008-11-18 | 2014-06-24 | Schlumberger Technology Corporation | Neutron-generator-based thermal neutron porosity device with high porosity sensitivity |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201892459A1 (en) | 2019-08-30 |
| RU2690095C1 (en) | 2019-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5349184A (en) | Method and apparatus for reducing matrix density effects on porosity measurements during epithermal neutron porosity well logging | |
| US7148471B2 (en) | Well logging apparatus and method for measuring formation properties | |
| US4152590A (en) | Simultaneous thermal neutron decay time and porosity logging system | |
| US4122339A (en) | Earth formation pulsed neutron porosity logging system utilizing epithermal neutron and inelastic scattering gamma ray detectors | |
| US5825024A (en) | Multidetector pulsed-neutron through-tubing cased-hole density measurement sonde | |
| US9477006B2 (en) | Pulsed neutron well logging method for determining multiple formation parameters | |
| US4122340A (en) | Pulsed neutron porosity logging system | |
| US4350887A (en) | Method of assaying uranium with prompt fission and thermal neutron borehole logging adjusted by borehole physical characteristics | |
| RU2397513C1 (en) | Procedure for neutron gamma logging and facility for its implementation | |
| EP0387449B1 (en) | Pulsed neutron porosity logging | |
| US5521378A (en) | Method and apparatus for gamma ray logging of underground formations | |
| US20020150194A1 (en) | Method and device for non-invasive soil carbon content and distribution measurements | |
| US3219820A (en) | Radioactivity well logging for detecting hydrogen and chlorine | |
| RU2427861C2 (en) | Procedure for simultaneous exploration by methods of radioactive logging and device for its implementation | |
| US4189638A (en) | Water injection profiling by nuclear logging | |
| RU2690095C1 (en) | Device for neutron porosity determination | |
| AU2023200483A1 (en) | Neutron Time Of Flight Wellbore Logging | |
| RU2685762C1 (en) | Pulsed neutron-neutron logging method | |
| RU2578050C1 (en) | Downhole device with double-sided location measuring probes | |
| RU2468393C1 (en) | Method and apparatus for determining porosity and saturation of formations based simultaneously on thermal and epithermal neutrons | |
| RU2462736C1 (en) | Method of determining formation porosity based on epithermal neutron detection and device for realising said method | |
| RU152169U1 (en) | Borehole Device with Neutral Measuring Probes | |
| CA1103814A (en) | Earth formation porosity log using measurement of fast neutron energy spectrum | |
| GB2045918A (en) | Simultaneous thermal neutron decay time and porosity logging system | |
| RU164852U1 (en) | Borehole device for measuring neutron porosity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG TJ TM RU |