RU152169U1

RU152169U1 - Borehole Device with Neutral Measuring Probes

Info

Publication number: RU152169U1
Application number: RU2014147342/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Амурский; Евгений Петрович Боголюбов; Виталий Иванович Микеров
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-05-10

Abstract

Скважинное устройство с нейтронными измерительными зондами, содержащее нейтронный источник, расположенный соосно с корпусом скважинного устройства, а также два нейтронных и два гамма зонда, находящиеся по разные стороны от нейтронного источника, отличающееся тем, что в качестве нейтронного источника применяется нейтронный генератор, подключенный к блоку управления, каждый нейтронный зонд содержит не менее двух детекторов, которые располагаются между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора параллельно оси скважинного устройства, одинаково удаленно от оси скважинного устройства и одинаково удаленно от мишени нейтронного генератора, равномерно по углу вокруг оси скважинного устройства, причем детекторы в различных нейтронных зондах повернуты вокруг оси скважинного устройства по отношению друг к другу, выходы нейтронных детекторов подключены к последовательно соединенным многоканальному усилителю-дискриминатору, многоканальному счетчику импульсов, процессору и модему, процессор подключен также к блоку управления нейтронным генератором, многоканальному усилителю-дискриминатору и через модем к наземной аппаратуре.A downhole device with neutron measuring probes containing a neutron source located coaxially with the housing of the downhole device, as well as two neutron and two gamma probes located on opposite sides of the neutron source, characterized in that a neutron generator connected to the unit is used as a neutron source control, each neutron probe contains at least two detectors that are located between the housing of the downhole device and the housing of the neutron generator parallel to the axis downhole device, equally remote from the axis of the downhole device and equally remote from the target of the neutron generator, uniformly in angle around the axis of the downhole device, the detectors in different neutron probes rotated around the axis of the downhole device with respect to each other, the outputs of the neutron detectors are connected to series-connected multi-channel discriminating amplifier, multi-channel pulse counter, processor and modem, the processor is also connected to the neutron generator control unit m, multichannel amplifier-discriminator and via a modem to a land equipment.

Description

Полезная модель относится к устройствам каротажа нефтяных и газовых скважин и, в частности, к ядерно-физическим устройствам, служащим для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности, и может быть использована в скважинных устройствах, применяемых при каротаже нефтяных и газовых скважин.The utility model relates to logging devices for oil and gas wells and, in particular, to nuclear-physical devices used to determine the nature of reservoir saturation (oil, water), their filtration-capacitive properties and oil saturation coefficient, and can be used in downhole devices, used for logging oil and gas wells.

В настоящее время для детальных геологических исследований, проводимых в скважинах, широко используются ядерно-физические методы. К ним относятся, в частности, методы нейтронного каротажа, основанные на применении в качестве источника зондирующего излучения нейтронных источников: ампульных или нейтронных генераторов, излучающих быстрые нейтроны. При этом нейтронные генераторы могут быть непрерывного действия или импульсными.Currently, nuclear physics methods are widely used for detailed geological studies in wells. These include, in particular, neutron logging methods based on the use of neutron sources as ampoule radiation probes: ampoule or neutron generators emitting fast neutrons. In this case, neutron generators can be continuous or pulsed.

К наиболее информативным методам нейтронного каротажа относится метод импульсного нейтронного каротажа (ИНК), сущность которого заключается в следующем.The most informative methods of neutron logging include the method of pulsed neutron logging (INC), the essence of which is as follows.

В скважину спускают нейтронный генератор, который периодически в течение коротких (несколько мкс) интервалов времени облучает породу вокруг скважины потоком быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ. Эти нейтроны распространяются в исследуемой породе практически изотропно, претерпевая при этом упругие и неупругие рассеяния на атомных ядрах породы.A neutron generator is lowered into the well, which periodically for short (several microseconds) time intervals irradiates the rock around the well with a stream of fast neutrons with an energy of 14 MeV. These neutrons propagate in the rock under study almost isotropically, while undergoing elastic and inelastic scattering on the atomic nuclei of the rock.

В результате упругого рассеяния быстрые нейтроны замедляются и постепенно приходят в тепловое равновесие с породой. Расстояние от мишени нейтронного генератора, на котором наступает тепловое равновесие, зависит от свойств породы и, в значительной степени, от количества содержащихся в ней водородосодержащих веществ. Тепловые нейтроны диффундируют во все стороны и постепенно поглощаются атомами, входящими в состав породы, излучая гамма-кванты радиационного захвата.As a result of elastic scattering, fast neutrons slow down and gradually come into thermal equilibrium with the rock. The distance from the target of the neutron generator at which thermal equilibrium sets in depends on the properties of the rock and, to a large extent, on the amount of hydrogen-containing substances contained in it. Thermal neutrons diffuse in all directions and are gradually absorbed by the atoms that make up the rock, emitting gamma rays of radiation capture.

Неупругое рассеяние быстрых нейтронов приводит к образованию гамма-квантов неупругого рассеяния, излучаемых во время нейтронных импульсов. Энергия этих гамма-квантов характерна для каждого элемента. Так в результате неупругого рассеяния на ядрах углерода (С) образуется гамма-кванты с энергий 4,43 МэВ, на ядрах кислорода - 6,13 МэВ. Количество гамма-квантов, зарегистрированных в определенных энергетических областях, пропорционально концентрации элементов, испускающих данные гамма-кванты.Inelastic scattering of fast neutrons leads to the formation of gamma rays of inelastic scattering emitted during neutron pulses. The energy of these gamma rays is characteristic of each element. So, as a result of inelastic scattering, gamma rays with energies of 4.43 MeV are formed on carbon (C) nuclei, and 6.13 MeV on oxygen nuclei. The number of gamma rays recorded in certain energy regions is proportional to the concentration of elements emitting these gamma rays.

Регистрация тепловых и/или эпитепловых нейтронов, а также гамма-квантов неупругого рассеяния и радиационного захвата позволяет определить нейтронную пористость, плотность и состав породы. Эти характеристики используются для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности.The registration of thermal and / or epithermal neutrons, as well as gamma rays of inelastic scattering and radiation capture, allows one to determine the neutron porosity, density and composition of the rock. These characteristics are used to determine the nature of formation saturation (oil, water), their filtration-capacitive properties and oil saturation coefficient.

Расстояние между мишенью нейтронного генератора и детектором (длина зонда) влияет на размер исследуемой области вокруг скважины (глубинность зондирования) и величину измеряемого эффекта, связанного с ядерно-физическими характеристиками породы. С увеличением длины зонда глубинность сначала возрастает, затем достигает некоторого максимального значения и затем начинает уменьшаться. Такое поведение глубинности обусловлено тем, что величина потока регистрируемых детектором тепловых нейтронов или детектором гамма квантов определяется ослаблением в породе, во-первых, быстрых нейтронов источника, распространяющихся в породе, и, во-вторых, ослаблением регистрируемого вторичного излучения.The distance between the target of the neutron generator and the detector (probe length) affects the size of the investigated area around the well (sounding depth) and the size of the measured effect associated with the nuclear physical characteristics of the rock. As the probe length increases, the depth first increases, then reaches a certain maximum value and then begins to decrease. This depth behavior is due to the fact that the flux of thermal neutrons or gamma quanta detected by the detector is determined by the attenuation in the rock, firstly, of the fast neutrons of the source propagating in the rock, and, secondly, by the attenuation of the detected secondary radiation.

Вследствие того, что по мере удаления от оси скважины порода вокруг скважины имеет переменный состав и плотность, для определения радиального распределения ее свойств необходимо применение нескольких зондов различной длины.Due to the fact that the rock around the well has a variable composition and density as it moves away from the axis of the well, it is necessary to use several probes of different lengths to determine the radial distribution of its properties.

Часть каротажной аппаратуры, опускаемая в скважину называется скважинным устройством. Существует большое разнообразие состава и конструкций скважинных устройств.The part of the logging equipment lowered into the well is called a downhole device. There is a wide variety of composition and designs of downhole devices.

Так основными элементами типичного многофункционального скважинного устройства ИНК являются: нейтронный источник в виде нейтронного генератора, нейтронные и гамма зонды, защитный экран, устанавливаемый между мишенью нейтронного генератора и детекторами гамма излучения, электронные устройства.So the main elements of a typical multifunctional downhole INC device are: a neutron source in the form of a neutron generator, neutron and gamma probes, a protective screen installed between the neutron generator target and gamma radiation detectors, electronic devices.

Выбор метода нейтронного каротажа, нейтронного генератора, применяемых зондов, их числа и длины, числа детекторов в зондах зависит от многих факторов, в частности, от измеряемых характеристик, свойств окружающей породы, требований к глубинности, диаметра скважины, размера полости между скважинным устройством и стенкой скважины, наличия защитного экрана между нейтронным генератором и детектором гамма излучения; является сложной научно-технической задачей и предметом компромисса, не всегда обеспечивающим максимально возможную чувствительность зонда. Это обусловлено тем, что в случае нейтронного источника в виде нейтронного генератора расположение зондов нескольких типов с одной стороны от его мишени накладывает дополнительные ограничения на длину зондов, часто приводящее к несоответствию их длин максимальным значениям чувствительности.The choice of neutron logging method, neutron generator, the probes used, their number and length, the number of detectors in the probes depends on many factors, in particular, on the measured characteristics, properties of the surrounding rock, requirements for depth, borehole diameter, cavity size between the borehole device and the wall wells, the presence of a protective shield between the neutron generator and the gamma radiation detector; It is a complex scientific and technical task and subject to compromise, which does not always ensure the maximum possible sensitivity of the probe. This is due to the fact that in the case of a neutron source in the form of a neutron generator, the arrangement of several types of probes on one side of its target imposes additional restrictions on the length of the probes, which often leads to a mismatch of their lengths with the maximum sensitivity values.

В случае нейтронных зондов, расположенных вместе с гамма зондами с одной стороны от мишени нейтронного генератора, протяженность детекторов нейтронного излучения, наличие гамма зондов и защитного экрана между нейтронным генератором и детекторами гамма излучения приводит к тому, что в породах с большой концентрацией водородосодержащих веществ, например в пористых нефтеносных пластах, ближайший к нейтронному генератору нейтронный зонд оказывается расположенным за точкой инверсии, характеризующейся сравнительно низкой чувствительностью к содержанию водорода по сравнению с до инверсионным зондом. В этом случае практически невозможно обеспечить оптимизацию нейтронных зондов и максимально возможную интенсивность падающего на них излучения.In the case of neutron probes located together with gamma probes on one side of the target of the neutron generator, the length of the neutron radiation detectors, the presence of gamma probes and a protective shield between the neutron generator and gamma radiation detectors leads to the fact that in rocks with a high concentration of hydrogen-containing substances, for example in porous oil-bearing strata, the neutron probe closest to the neutron generator is located behind the inversion point, characterized by a relatively low sensitivity Tew to the hydrogen content in comparison with the inversion probe. In this case, it is practically impossible to optimize neutron probes and the maximum possible intensity of the radiation incident on them.

Длина нейтронных генераторов, применяемых при нейтронном каротаже, обычно составляет не менее 150 см. В то же время длина нейтронных зондов, обеспечивающая необходимый для измерений поток нейтронов на детекторы нейтронного излучения, не превышает 50-70 см. Расположение детекторов нейтронного излучения вдоль оси скважинного устройства за пределами нейтронного генератора существенно уменьшает интенсивность падающего на них нейтронного излучения и увеличивает, таким образом, время проведения измерений, а также увеличивает длину скважинного устройства, что нежелательно для обеспечения свободной проводки скважинного устройства по скважине.The length of neutron generators used in neutron logging is usually not less than 150 cm. At the same time, the length of neutron probes, providing the necessary neutron flux for neutron radiation measurements, does not exceed 50-70 cm. The location of neutron radiation detectors along the axis of the downhole device outside the neutron generator, it significantly reduces the intensity of the neutron radiation incident on them and, thus, increases the measurement time, and also increases the length of the borehole about the device, which is undesirable to ensure free wiring of the downhole device through the well.

Из-за разности диаметров скважинного устройства и скважины между их стенками имеется полость, размер которой различен в различных азимутальных направлениях и меняется в процессе каротажа случайным образом. Это приводит к изменению счета детектора зонда, не связанному с характеристиками породы вокруг скважины. Для учета влияния полости используются зонды, содержащие несколько детекторов, расположенных равномерно по окружности вокруг оси скважинного устройства. При этом для каждого детектора зонда вычисляется параметр асимметрии с использованием следующего выражения (заявка на патент US 2013/0187035, МПК: G01V 5/08, G01V 5/10, 2013 г):Due to the difference in diameters of the borehole device and the borehole, there is a cavity between their walls, the size of which is different in different azimuthal directions and varies randomly during logging. This leads to a change in the probe detector count, which is not related to the characteristics of the rock around the well. To account for the influence of the cavity, probes are used that contain several detectors located evenly around the circumference around the axis of the downhole device. In this case, for each probe detector, the asymmetry parameter is calculated using the following expression (patent application US 2013/0187035, IPC: G01V 5/08, G01V 5/10, 2013):

где A(i) - параметр асимметрии i-го детектора зонда, N - число детекторов в зонде, C(i) - скорость счета i-го детектора зонда, ΣC(i) - сумма скоростей счета по всем N детекторам зонда.where A (i) is the asymmetry parameter of the i-th detector detector, N is the number of detectors in the probe, C (i) is the count rate of the i-th probe detector, ΣC (i) is the sum of counting rates for all N probe detectors.

Параметр асимметрии позволяет определить положение скважинного устройства относительно стенок скважины и произвести коррекцию счета детектора с учетом этого положения. Очевидно, что детекторы зонда на всей их длине должны быть расположены на одном расстоянии от оси скважинного устройства, т.е. параллельно оси скважинного устройства. Чем больше число детекторов в зонде N (чем меньше угловое расстояние между детекторами) и чем больше число зондов при условии, что зонды повернуты относительно друг друга так, что детекторы из всех зондов находятся при различных угловых положениях относительно оси скважинного устройства, тем точнее выполняется коррекция счета детекторов.The asymmetry parameter allows you to determine the position of the downhole device relative to the walls of the well and to correct the count of the detector taking into account this position. Obviously, the probe detectors along their entire length should be located at the same distance from the axis of the downhole device, i.e. parallel to the axis of the downhole device. The larger the number of detectors in the probe N (the smaller the angular distance between the detectors) and the greater the number of probes, provided that the probes are rotated relative to each other so that the detectors from all the probes are at different angular positions relative to the axis of the downhole device, the more accurate the correction accounts of detectors.

Известно скважинное устройство, описанное в работе: Nicole Reichel, Mike Evans, Francoise Alloioli, et al., "Neutron-Gamma Density (NGD): Principles, Field Test Results and Log Quality Control of a Radioisotope-Free Bulk Density Measurement" (SPWLA 53^rd Annual Logging Symposium, June 16-20, 2012; http://www.slb.com/~/media/Files/drilling/teclmical%5eapers/spwla2012_~ngd_neoscope.pdf), содержащее нейтронный источник с мониторным детектором, вольфрамовый защитный фильтр, нейтронные зонды, включая детекторы тепловых и эпитепловых нейтронов, а также гамма зонды. Аналог.Known downhole tool described in: Nicole Reichel, Mike Evans, Francoise Alloioli, et al., "Neutron-Gamma Density (NGD): Principles, Field Test Results and Log Quality Control of a Radioisotope-Free Bulk Density Measurement" (SPWLA 53 ^rd Annual Logging Symposium, June 16-20, 2012; http://www.slb.com/~/media/Files/drilling/teclmical%5eapers/spwla2012_~ngd_neoscope.pdf) containing a neutron source with a monitor detector, tungsten protective filter, neutron probes, including thermal and epithermal neutron detectors, as well as gamma probes. The analogue.

Недостатком аналога является расположение зондов со стороны мишени нейтронного генератора, увеличивающее длину скважинного устройства и накладывающее ограничения на длину зондов.The disadvantage of the analogue is the location of the probes on the target side of the neutron generator, increasing the length of the downhole device and imposing restrictions on the length of the probes.

Известна «Комплексная спектрометрическая аппаратура ядерного каротажа», включающая детекторы гамма излучения, детекторы тепловых нейтронов, общий нейтронный источник, при этом детекторы гамма излучения развернуты по оси относительно указанного источника в другую сторону от детекторов тепловых нейтронов. Патент RU №127487, МПК: G01V 5/00. 2013 г. Прототип.The well-known "Complex spectrometric equipment for nuclear logging", including gamma-ray detectors, thermal neutron detectors, a common neutron source, while gamma-ray detectors are rotated along the axis relative to the specified source to the other side from thermal neutron detectors. Patent RU No. 127487, IPC: G01V 5/00. 2013 Prototype.

Недостатками прототипа является большая длина нейтронных измерительных зондов в случае применения в качестве нейтронного источника нейтронного генератора из-за его сравнительно большой длины, следствием чего является сравнительно низкая интенсивность падающего на детекторы нейтронного излучения, требующая увеличенного времени измерений, и большая длина скважинного устройства, затрудняющая проводку скважинного устройства по скважине в процессе каротажа.The disadvantages of the prototype are the large length of the neutron measuring probes in the case of using a neutron generator as a neutron source due to its relatively large length, which results in a relatively low intensity of the neutron radiation incident on the detectors, requiring an increased measurement time, and a long downhole device that makes wiring difficult downhole device in the well during logging.

Техническим результатом полезной модели является уменьшение длины нейтронных измерительных зондов в случае применения в качестве нейтронного источника нейтронного генератора и, как следствие, уменьшение времени измерений и длины скважинного устройства.The technical result of the utility model is to reduce the length of the neutron measuring probes if a neutron generator is used as a neutron source and, as a result, to reduce the measurement time and the length of the downhole device.

Технический результат достигается тем, что скважинное устройство с нейтронными измерительными зондами, содержащее нейтронный источник, расположенный соосно с корпусом скважинного устройства, а также два нейтронных и два гамма зонда, находящиеся по разные стороны от нейтронного источника, в качестве нейтронного источника применяется нейтронный генератор, подключенный к блоку управления, каждый нейтронный зонд содержит не менее двух детекторов, которые располагаются между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора параллельно оси скважинного устройства, одинаково удаленно от оси скважинного устройства и одинаково удаленно от мишени нейтронного генератора, равномерно по углу вокруг оси скважинного устройства, причем детекторы в различных нейтронных зондах повернуты вокруг оси скважинного устройства по отношению друг к другу, выходы нейтронных детекторов подключены к последовательно соединенным многоканальному усилителю-дискриминатору, многоканальному счетчику импульсов, процессору и модему, процессор подключен также к блоку управления нейтронным генератором, многоканальному усилителю-дискриминатору и через модем к наземной аппаратуре.The technical result is achieved in that a downhole device with neutron measuring probes containing a neutron source located coaxially with the body of the downhole device, as well as two neutron and two gamma probes located on opposite sides of the neutron source, a neutron generator connected to it is used as a neutron source to the control unit, each neutron probe contains at least two detectors that are located between the housing of the downhole device and the housing of the neutron generator torus parallel to the axis of the downhole device, equally remote from the axis of the downhole device and equally remote from the target of the neutron generator, uniformly in angle around the axis of the downhole device, the detectors in different neutron probes rotated around the axis of the downhole device with respect to each other, the outputs of the neutron detectors are connected to connected in series with a multi-channel amplifier-discriminator, a multi-channel pulse counter, a processor and a modem, the processor is also connected to the control unit neutron generator, multi-channel amplifier-discriminator and through a modem to ground equipment.

Сущность полезной модели поясняется на Фиг. 1, 2 на примере устройства с двумя нейтронными зондами: ближним и дальним, а также одним гамма зондом с одним гамма детектором и защитным экраном для него.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1, 2 on the example of a device with two neutron probes: near and far, as well as one gamma probe with one gamma detector and a protective screen for it.

На Фиг. 1 схематично изображено устройство, где 1 - корпус скважинного устройства; 2 - стенка скважины; 3 - нейтронный генератор; 4 - мишень нейтронного генератора (область, излучающая нейтроны); 5, 6 - детекторы, входящие в состав, соответственно, ближнего и дальнего нейтронных зондов; 7 - детекторы, входящие в состав гамма зондов; 8 - защитный экран; 9 - зазор между корпусом нейтронного генератора и корпусом скважинного устройства; 10 - полость между корпусом скважинного устройства и стенкой скважины.In FIG. 1 schematically shows a device, where 1 is the body of the downhole device; 2 - well wall; 3 - neutron generator; 4 - target of a neutron generator (region emitting neutrons); 5, 6 - detectors that are part of, respectively, near and far neutron probes; 7 - detectors included in the gamma probes; 8 - a protective screen; 9 - the gap between the casing of the neutron generator and the casing of the downhole device; 10 - the cavity between the body of the downhole device and the wall of the well.

Система перемещения скважинного устройства в скважине на Фиг. 1 не показана.The downhole moving device system in FIG. 1 is not shown.

На Фиг. 2 показана блок-схема электронных блоков скважинного устройства, расположенных внутри корпуса 1 и обеспечивающих работу устройства, где: 11 - блок управления нейтронным генератором, 12 - многоканальный усилитель-дискриминатор; 13 - многоканальный счетчик импульсов; 14 - процессор; 15 - модем для связи с наземной аппаратурой; 16 - наземная аппаратура.In FIG. 2 shows a block diagram of the electronic blocks of the downhole device located inside the housing 1 and ensuring the operation of the device, where: 11 is a neutron generator control unit, 12 is a multi-channel discriminator amplifier; 13 - multi-channel pulse counter; 14 - processor; 15 - modem for communication with ground equipment; 16 - ground equipment.

На Фиг. 2 не показаны блоки питания электронных блоков устройства.In FIG. 2 does not show the power supplies of the electronic units of the device.

В основе полезной модели лежат следующие обстоятельства:The utility model is based on the following circumstances:

- между корпусом нейтронного генератора 3 и корпусом 1 имеется зазор 9, достаточный для размещения в нем детекторов 5 и 6;- between the casing of the neutron generator 3 and the casing 1 there is a gap 9 sufficient to accommodate the detectors 5 and 6;

- детекторы 5 и 6 работают в промежутках между импульсами генератора нейтронов и поэтому не требуют установки дополнительного экрана, аналогичного защитному экрану 8.- detectors 5 and 6 work in between the pulses of the neutron generator and therefore do not require the installation of an additional screen similar to the protective screen 8.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого соосно с ним располагается нейтронный генератор 3. Мишень 4 нейтронного генератора 3 располагается вблизи его торца. Детекторы 5 и 6 находятся на различных расстояниях от мишени 4 и вместе с ней составляют, соответственно ближний и дальний зонды. В каждом зонде детекторы расположены на одном расстоянии от оси скважинного устройства и на одном расстоянии от мишени 4, а также равномерно по углу вокруг оси скважинного устройства (на одном угловом расстоянии друг от друга, например, величиной α см. Фиг. 1, сечение А-А). В общем случае ближний и дальний зонды могут содержать различное количество детекторов, которые могут быть повернуты относительно друг друга, как показано на Фиг. 1 на сечениях А-А и Б-Б.The device comprises a housing 1, inside of which a neutron generator 3 is located coaxially with it. A target 4 of a neutron generator 3 is located near its end. Detectors 5 and 6 are located at different distances from the target 4 and together with it constitute, respectively, the near and far probes. In each probe, the detectors are located at the same distance from the axis of the borehole device and at the same distance from the target 4, as well as uniformly in angle around the axis of the borehole device (at one angular distance from each other, for example, by the value of α cm. -BUT). In general, the near and far probes may contain a different number of detectors that can be rotated relative to each other, as shown in FIG. 1 at sections A-A and B-B.

Детекторы 7 гамма квантов располагаются на оси корпуса 1 со стороны мишени 4, что облегчает их защиту от излучения нейтронного генератора во время нейтронного импульса с помощью защитного экрана 8.Detectors 7 gamma quanta are located on the axis of the housing 1 from the side of the target 4, which facilitates their protection from radiation from a neutron generator during a neutron pulse using a protective shield 8.

В общем случае ось скважинного устройства не совпадает с осью скважины. Вследствие этого между стенкой 2 скважины и корпусом 1 скважинного устройства имеется полость 10, размер которой зависит от азимутального угла относительно оси скважинного устройства.In the general case, the axis of the downhole device does not coincide with the axis of the well. As a result, between the wall 2 of the well and the housing 1 of the downhole device there is a cavity 10, the size of which depends on the azimuthal angle relative to the axis of the downhole device.

Детекторы 5 и 6 подключены последовательно к многоканальному усилителю-дискриминатору 12 и многоканальному счетчику 13 с числом каналов равным суммарному числу детекторов 5 и 6.Detectors 5 and 6 are connected in series to a multi-channel amplifier-discriminator 12 and a multi-channel counter 13 with the number of channels equal to the total number of detectors 5 and 6.

Выход многоканального счетчика 13 подключен к процессору 14, подключенному в свою очередь к многоканальному усилителю-дискриминатору 12, к блоку управления 11 и через модем 15 к наземной аппаратуре 16, например, посредством кабеля.The output of the multi-channel counter 13 is connected to the processor 14, which is in turn connected to the multi-channel amplifier-discriminator 12, to the control unit 11 and through the modem 15 to the ground equipment 16, for example, via a cable.

Диаметр нейтронных генераторов, применяемых в скважинных устройствах, предназначенных для нейтронного каротажа, составляет не более 34 мм, а внутренний диаметр корпуса скважинного устройства обычно составляет не менее 80 мм, что позволяет разместить между корпусом скважинного устройства и корпусом нейтронного генератора детекторы диаметром до, примерно, 20 мм.The diameter of the neutron generators used in borehole devices designed for neutron logging is not more than 34 mm, and the inner diameter of the body of the borehole device is usually not less than 80 mm, which allows you to place detectors with a diameter of up to about 20 mm.

В качестве детекторов 5 и 6 могут использоваться пропорциональные счетчики, а также сцинтилляционные детекторы, например, на основе литиевого стекла.As detectors 5 and 6, proportional counters can be used, as well as scintillation detectors, for example, based on lithium glass.

Расположение детекторов 5 и 6 параллельно оси скважинного устройства, на одном и том же на расстоянии от нее и равномерно по углу необходимо для более точного определения положения скважинного устройства относительно оси скважины с помощью выражения (1). В случае, когда детекторы ближнего и дальнего зондов повернуты вокруг оси скважинного устройства по отношению друг к другу, параметр асимметрии вычисляется для детекторов из разных зондов. Чем больше различных угловых положений занимают детекторы 5 и 6, входящие в ближний и дальний зонды, тем большее число значений параметра асимметрии вычисляется и тем точнее определяется положение скважинного устройства в скважине.The location of the detectors 5 and 6 parallel to the axis of the borehole device, at the same distance from it and uniformly in angle is necessary for more accurate determination of the position of the borehole device relative to the axis of the borehole using expression (1). In the case when the detectors of the near and far probes are rotated around the axis of the downhole device with respect to each other, the asymmetry parameter is calculated for detectors from different probes. The more different angular positions occupied by the detectors 5 and 6 included in the near and far probes, the greater the number of values of the asymmetry parameter is calculated and the more accurately the position of the downhole device in the well is determined.

Электронные блоки скважинного устройства обеспечивают работу нейтронного генератора в заданном режиме, регистрацию излучений, выходящих из стенок скважины, детекторами 5, 6 и 7, а также первичную обработку поступающих с них данных, запись данных во встроенную память или/и их передачу в наземную аппаратуру, где полученные данные используются для определения характеристик породы вокруг скважины: плотности, пористости, химического состава.The electronic components of the downhole device provide the neutron generator in the specified mode, the registration of emissions coming from the walls of the well with detectors 5, 6 and 7, as well as the initial processing of the data coming from them, recording data into the built-in memory or / and transmitting it to the ground equipment, where the data obtained are used to determine the characteristics of the rock around the well: density, porosity, chemical composition.

Нейтронный генератор 3 является источником зондирующего излучения и подключен к блоку питания (на Фиг. 2 не показан) и блоку 11, управляющему его работой. Область мишени 4 нейтронного генератора, излучающая нейтроны, характеризуется толщиной в несколько десятков микрон, диаметром менее 10 мм и находится на расстоянии около 10 мм от ближайшего торца нейтронного генератора. Блок 11 соединен с процессором 14 с возможностью обмена информацией для контроля и поддержания стабильной работы нейтронного генератора.The neutron generator 3 is a probe radiation source and is connected to a power supply unit (not shown in FIG. 2) and a unit 11 that controls its operation. The region of the target 4 of the neutron generator emitting neutrons is characterized by a thickness of several tens of microns, a diameter of less than 10 mm and is located at a distance of about 10 mm from the nearest end of the neutron generator. Block 11 is connected to the processor 14 with the ability to exchange information to monitor and maintain stable operation of the neutron generator.

Процессор 14 служит для:The processor 14 is used for:

- ввода данных, необходимых для выполнения скважинным устройством каротажных операций, в блок 11 ив многоканальный усилитель-дискриминатор 12;- input of the data necessary for logging operations to be performed by the downhole device into block 11 of the multichannel amplifier-discriminator 12;

- сбора цифровых данных с многоканального счетчика 13;- collecting digital data from a multi-channel counter 13;

- предварительной обработки полученных цифровых данных и коррекции данных счета с учетом положения скважинного устройства в скважине;- preliminary processing of the received digital data and correction of the account data, taking into account the position of the downhole device in the well;

- сохранения цифровых данных или/и их передачи с помощью модема 15 в наземную аппаратуру 16 для окончательной обработки.- storing digital data or / and transmitting it using modem 15 to ground equipment 16 for final processing.

В наземную аппаратуру 16 входит главный процессор (на Фиг 2 не показан), предназначенный в первую очередь для:The ground processor 16 includes a main processor (not shown in FIG. 2), intended primarily for:

- программирования режима работы скважинного устройства путем пересылки установочных данных в процессор 14: последовательности и длительности импульсов нейтронного генератора 3, уровней дискриминации и коэффициентов усиления многоканального усилителя-дискриминатора 12, режима обмена данными процессора 14 с наземной аппаратурой 16 посредством модема 15;- programming the operating mode of the downhole device by sending the setup data to the processor 14: the sequence and duration of the pulses of the neutron generator 3, discrimination levels and amplification factors of the multi-channel amplifier-discriminator 12, the data exchange mode of the processor 14 with the ground equipment 16 by means of a modem 15;

- окончательной обработки данных, получаемых с зондов.- final processing of data received from probes.

К главному процессору подсоединены также дисплейный блок и блок накопления информации (на Фиг. 2 не показаны). Основным назначением дисплейного блока является визуальная индикация полученных данных каротажа, а также данных о работе скважинного устройства. Блок накопления предназначен для сохранения полученных системой каротажных данных, а также для вызова накопленных данных и рабочих программ системы.A display unit and an information storage unit (not shown in FIG. 2) are also connected to the main processor. The main purpose of the display unit is a visual indication of the received logging data, as well as data on the operation of the downhole device. The accumulation unit is intended for saving logging data received by the system, as well as for recalling accumulated data and system work programs.

Скважинное устройство с нейтронным источником в виде нейтронного генератора 14 МэВ нейтронов работает следующим образом.A downhole device with a neutron source in the form of a neutron generator of 14 MeV neutrons works as follows.

На электронные блоки скважинного устройства подается электрическое питание. С главного процессора с помощью модема 15 и процессора 14 в блок управления 11 и усилитель-дискриминатор 12 пересылаются установочные данные о режимах их работы. Блок управления 11 запускает нейтронный генератор 3, который начинает работать в заданном частотном режиме.The electronic components of the downhole device are supplied with electrical power. Using the modem 15 and processor 14, the main data on the operating modes are sent from the main processor using the modem 15 and processor 14 to the control unit 11 and the amplifier-discriminator 12. The control unit 11 starts the neutron generator 3, which begins to work in a given frequency mode.

Во время нейтронного импульса мишень 4 излучает в окружающую породу практически изотропно 14 МэВ нейтроны, которые, последовательно проходят через корпус нейтронного генератора 3, зазор 9, корпус 1, полость 10, стенку 2 и попадают в породу вокруг скважины.During a neutron pulse, target 4 emits neutrons into the surrounding rock almost isotropically 14 MeV, which pass successively through the body of the neutron generator 3, gap 9, body 1, cavity 10, wall 2 and fall into the rock around the well.

Распространяясь в породе вокруг скважины, 14 МэВ нейтроны претерпевают упругие и неупругие рассеяния на атомных ядрах. В результате образуются тепловые и эпитепловые нейтроны, гамма кванты неупругого рассеяния и радиационного захвата, которые распространяются во все стороны и частично попадают на детекторы 5, 6 и детекторы 7.Propagating in the rock around the borehole, 14 MeV neutrons undergo elastic and inelastic scattering on atomic nuclei. As a result, thermal and epithermal neutrons are formed, gamma quanta of inelastic scattering and radiation capture, which propagate in all directions and partially fall on detectors 5, 6 and detectors 7.

Во время нейтронного импульса детекторы 7 защищены от излучений нейтронного генератора защитным экраном 8 и регистрирует гамма кванты неупругого рассеяния быстрых нейтронов. В промежутках между импульсами детекторы 7 регистрируют гамма кванты радиационного захвата. Электрические импульсы, вырабатываемые в детекторах 7, поступают на вход измерительной аппаратуры, включающей усилитель-дискриминатор и амплитудный анализатор (или счетчик импульсов) (на Фиг. 2 не показаны) и процессор 14, где обрабатываются.During a neutron pulse, the detectors 7 are protected from the radiation of the neutron generator by a protective shield 8 and detects gamma quanta of inelastic scattering of fast neutrons. In the intervals between pulses, the detectors 7 register gamma quanta of radiation capture. Electrical pulses generated in the detectors 7 are fed to the input of the measuring equipment, including an amplifier-discriminator and an amplitude analyzer (or a pulse counter) (not shown in Fig. 2) and the processor 14, where they are processed.

В промежутках между нейтронными импульсами также производится регистрация тепловых и/или эпитепловых нейтронов детекторами 5 и 6. Электрические импульсы, выработанные нейтронами в этих детекторах, проходят через многоканальный усилитель-дискриминатор 12 на многоканальный счетчик 13. С выхода многоканального счетчика 13 данные с каждого детектора поступают в цифровом закодированном виде в процессор 14. В процессоре 14 для детекторов каждого из нейтронных зондов вычисляется параметр асимметрии и производится коррекция счета с учетом данных о параметре асимметрии, полученных с различных зондов, скорректированные результаты об интенсивности счета и ее временной зависимости для каждого детектора записываются во встроенную память процессора 14 и/или передаются в наземную аппаратуру 16.In the intervals between neutron pulses, thermal and / or epithermal neutrons are also recorded by detectors 5 and 6. Electrical pulses generated by neutrons in these detectors pass through a multi-channel discriminator 12 to a multi-channel counter 13. From the output of the multi-channel counter 13, data from each detector is received in digitally encoded form to the processor 14. In the processor 14 for the detectors of each of the neutron probes, the asymmetry parameter is calculated and the account is corrected for data about the asymmetry parameter obtained from various probes, the corrected results about the counting intensity and its time dependence for each detector are recorded in the internal memory of the processor 14 and / or transmitted to the ground equipment 16.

В случае измерений в процессе бурения окончательную обработку данных проводят предпочтительно процессором 14, чтобы уменьшить объем данных, передаваемых на поверхность. В этом случае соотношения, используемые при обработке данных, определяются заранее и закладываются в память процессора 14. В случае кабельного каротажа обработка результатов измерений может быть выполнена главным процессором, входящим в состав наземной аппаратуры 16 или компьютером на удаленном пункте.In the case of measurements during the drilling process, the final data processing is preferably carried out by the processor 14 in order to reduce the amount of data transmitted to the surface. In this case, the ratios used in data processing are determined in advance and stored in the processor 14. In the case of cable logging, the measurement results can be processed by the main processor, which is part of the ground equipment 16, or by a computer at a remote location.

По данным, полученным с нейтронных зондов, определяются такие свойства породы как водонасыщенная пористость и параметр «Сигма», а по данным, полученным с гамма-детекторов, определяют плотность породы и ее химический состав.According to data obtained from neutron probes, such rock properties as water-saturated porosity and the Sigma parameter are determined, and according to data obtained from gamma detectors, the rock density and its chemical composition are determined.

При использовании зондов различной длины обработка данных обеспечивает вычисление характеристик породы, усредненных по областям, находящимся на различных расстояниях от стенок скважины.When using probes of various lengths, data processing provides the calculation of rock characteristics averaged over areas located at different distances from the walls of the well.

Полученная информация о характеристиках породы используется для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности.The obtained information about the characteristics of the rock is used to determine the nature of the saturation of the formations (oil, water), their filtration-capacitive properties, and oil saturation coefficient.

Claims

A downhole device with neutron measuring probes containing a neutron source located coaxially with the housing of the downhole device, as well as two neutron and two gamma probes located on opposite sides of the neutron source, characterized in that a neutron generator connected to the unit is used as a neutron source control, each neutron probe contains at least two detectors that are located between the housing of the downhole device and the housing of the neutron generator parallel to the axis downhole device, equally remote from the axis of the downhole device and equally remote from the target of the neutron generator, uniformly in angle around the axis of the downhole device, the detectors in different neutron probes rotated around the axis of the downhole device with respect to each other, the outputs of the neutron detectors are connected to series-connected multi-channel discriminating amplifier, multi-channel pulse counter, processor and modem, the processor is also connected to the neutron generator control unit m, multichannel amplifier-discriminator and via a modem to a land equipment.