RU2727091C2 - Method for simultaneous determination of density and porosity of rock - Google Patents
Method for simultaneous determination of density and porosity of rock Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727091C2 RU2727091C2 RU2018102735A RU2018102735A RU2727091C2 RU 2727091 C2 RU2727091 C2 RU 2727091C2 RU 2018102735 A RU2018102735 A RU 2018102735A RU 2018102735 A RU2018102735 A RU 2018102735A RU 2727091 C2 RU2727091 C2 RU 2727091C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rin
- rrc
- corr
- porosity
- density
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000012886 linear function Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 18
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000012821 model calculation Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
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
- G01V5/10—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 neutron sources
- G01V5/101—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 neutron sources and detecting the secondary Y-rays produced in the surrounding layers of the bore hole
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 способам определения геофизических параметров пластов горных пород с использованием аппаратуры импульсного нейтрон-гамма-каротажа и может быть использовано для одновременного определения плотности и пористости горных пород в процессе бурения нефтегазовых скважин или их исследования.The invention relates to methods for determining the geophysical parameters of rock formations using pulsed neutron-gamma-ray logging equipment and can be used to simultaneously determine the density and porosity of rocks in the process of drilling oil and gas wells or investigating them.
Известен «Импульсный нейтронный метод каротажа для определения нескольких параметров горных пород», включающий облучение породы импульсами быстрых нейтронов, регистрацию энергетического спектра гамма-квантов, по крайней мере, на одном расстоянии от источника нейтронов во время нейтронных импульсов и в течение определенного времени после, по крайней мере, одной группы нейтронных импульсов, а также регистрацию энергетического спектра и временной зависимости скорости счета после последнего нейтронного импульса. Канадский патент изобретение CA 2896051 A1, МПК G01V 5/10, 07.01.2016.Known "Pulse neutron logging method for determining several parameters of rocks", including irradiation of the rock with pulses of fast neutrons, registration of the energy spectrum of gamma quanta, at least one distance from the neutron source during neutron pulses and for a certain time after at least one group of neutron pulses, as well as registration of the energy spectrum and time dependence of the counting rate after the last neutron pulse. Canadian patent invention CA 2896051 A1, IPC G01V 5/10, 07.01.2016.
Недостатком аналога является относительно низкая точность определения нейтронной пористости горной породы при наличии кристаллизационной воды, примесей, поглощающих тепловые нейтроны, а также при минерализации бурового раствора и/или пластовой воды, которые влияют на интенсивность гамма-квантов радиационного захвата.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of determining the neutron porosity of the rock in the presence of crystallization water, impurities that absorb thermal neutrons, as well as in the mineralization of drilling mud and / or formation water, which affect the intensity of gamma quanta of radiation capture.
Известен способ измерения «Нейтронной пористости, основанный на использовании нескольких гамма-детекторов и импульсного нейтронного источника», включающий облучение породы группами нейтронных импульсов определенной длительности, регистрацию гамма-квантов, по крайней мере, на двух расстояниях от источника в сгруппированные интервалы времени, содержащие ранние и поздние счета гамма-квантов, вычисление взвешенной суммы счетов гамма-квантов, зарегистрированных в каждом интервале времени, вычисление отношения взвешенной суммы для первого детектора к взвешенной сумме для второго детектора, использование отношения для определения водородного индекса (пористости) породы. Заявка на изобретение WO 2013/148998 A1, МПК G01V 5/10, 03.10.2013.There is a known method for measuring "Neutron porosity, based on the use of several gamma detectors and a pulsed neutron source", including irradiation of the rock with groups of neutron pulses of a certain duration, registration of gamma quanta, at least two distances from the source in grouped time intervals containing early and late gamma counts, calculating the weighted sum of the gamma counts recorded in each time interval, calculating the ratio of the weighted sum for the first detector to the weighted sum for the second detector, using the ratio to determine the hydrogen index (porosity) of the rock. Application for invention WO 2013/148998 A1, IPC
Недостатком аналога является относительно низкая точность определения нейтронной пористости горной породы при наличии кристаллизационной воды, примесей, поглощающих тепловые нейтроны, а также при минерализации бурового раствора и/или пластовой воды, которые влияют на интенсивность гамма-квантов радиационного захвата.The disadvantage of the analogue is the relatively low accuracy of determining the neutron porosity of the rock in the presence of crystallization water, impurities that absorb thermal neutrons, as well as in the mineralization of drilling mud and / or formation water, which affect the intensity of gamma quanta of radiation capture.
Известны «Метод и устройство определения плотности горной породы с помощью импульсного нейтронного излучения», включающий коррекцию количества зарегистрированных гамма-квантов неупругого рассеяния с учетом эффекта переноса нейтронов. Заявка на изобретение CA № 2657591 A1, МПК G01V 1/40, 06.03.2008. Прототип.Known "Method and device for determining the density of a rock using pulsed neutron radiation", including the correction of the number of registered gamma quanta of inelastic scattering taking into account the effect of neutron transfer. Application for invention CA No. 2657591 A1, IPC
В этом методе на первом этапе вычисляется скорректированное отношение скоростей счета ближнего и дальнего зондов согласно соотношению (1):In this method, at the first stage, the corrected ratio of the counting rates of the near and far probes is calculated according to the relation (1):
CINEL=RIN - Z⋅RNFk, (1)CINEL = RIN - Z⋅RNF k , (1)
где:Where:
CINEL – скорректированное отношение скоростей счета ближнего и дальнего зондов;CINEL is the corrected ratio of the count rates of the near and far probes;
RIN – отношение скоростей счета гамма-квантов неупругого рассеяния ближним и дальним детекторами;RIN is the ratio of the count rates of gamma quanta of inelastic scattering by near and far detectors;
RNF – отношение скоростей счета гамма-квантов радиационного захвата ближним и дальним детекторами;RNF is the ratio of the count rates of gamma quanta of radiation capture by near and far detectors;
k и Z – калибровочные коэффициенты, которые подбираются из условия минимальной чувствительности CINEL к пористости с помощью калибровочных измерений и модельных расчетов.k and Z are calibration coefficients that are selected from the condition of minimum sensitivity of CINEL to porosity using calibration measurements and model calculations.
k зависит от угловой чувствительности гамма-детектора (для экранированного гамма-детектора 0,75>k>0,5).k depends on the angular sensitivity of the gamma detector (for a shielded gamma detector 0.75> k> 0.5).
Плотность породы в указанном методе вычисляется из выражения (2):The rock density in the specified method is calculated from the expression (2):
ρ =M⋅ln(CINEL) + N (2)ρ = M⋅ln (CINEL) + N (2)
где:Where:
ρ – плотность породы;ρ is the density of the rock;
M и N – калибровочные коэффициенты, которые подбираются с помощью калибровочных измерений и модельных расчетов.M and N are calibration coefficients that are selected using calibration measurements and model calculations.
Недостатком прототипа является невозможность одновременного определения плотности и пористости горной породы.The disadvantage of the prototype is the impossibility of simultaneous determination of the density and porosity of the rock.
Техническим результатом изобретения является возможность одновременного определения плотности и пористости горной породы.The technical result of the invention is the ability to simultaneously determine the density and porosity of the rock.
Технический результат достигается тем, что в способе одновременного определения плотности и пористости горной породы, заключающемся в том, что облучают горную породу импульсным источником быстрых нейтронов, регистрируют гамма-излучение ближним и дальним, относительно импульсного источника быстрых нейтронов, гамма-детекторами раздельно во время нейтронных импульсов и в промежутках между ними, находят отношения счетов ближнего и дальнего гамма-детекторов раздельно для счетов, полученных во время нейтронных импульсов RIN и в промежутках между ними RRC, производят коррекцию отношения счетов ближнего и дальнего детекторов во время нейтронных импульсов с использованием RIN и поправки в виде функции от RRC, получают скорректированное значение RINcorr, предварительно находят калибровочные функции для плотности RINcorr(ρ) в виде:The technical result is achieved by the fact that in the method for the simultaneous determination of the density and porosity of the rock, which consists in the fact that the rock is irradiated with a pulsed source of fast neutrons, gamma radiation is recorded near and far, relative to the pulsed source of fast neutrons, by gamma detectors separately during neutron pulses and in the intervals between them, find the ratios of the counts of the near and far gamma detectors separately for the counts received during neutron pulses RIN and in the intervals between them RRC, correct the ratio of the counts of the near and far detectors during neutron pulses using the RIN and the correction as a function of RRC, the corrected value of RIN corr is obtained , the calibration functions for the density RIN corr (ρ) are previously found in the form:
RINcorr(ρ) = [RIN(ρ) + f1(RRC(ρ))] (3)RIN corr (ρ) = [RIN (ρ) + f 1 (RRC (ρ))] (3)
и пористости RRCcorr(p) в виде:and porosity RRC corr (p) in the form:
RRCcorr(p)=[RRC(p) + f2(RIN(p))] , (4)RRCcorr(p) = [RRC (p) + f2(RIN (p))] , (4)
функции f1(RRC(ρ)) и f2(RIN(p)) находят таким образом, чтобы калибровочные функции RINcorr(ρ) и RRCcorr(p) были линейными функциями, соответственно, от плотности ρ и пористости p:the functions f 1 (RRC (ρ)) and f 2 (RIN (p)) are found in such a way that the gauge functions RIN corr (ρ) and RRC corr (p) are linear functions of the density ρ and porosity p, respectively:
RINcorr(ρ) = k⋅ρ + a (5)RIN corr (ρ) = k⋅ρ + a (5)
RRCcorr(p) = m⋅p + b (6)RRC corr (p) = m⋅p + b (6)
где k и m - калибровочные коэффициенты, a и b –константы,where k and m are calibration factors, a and b are constants,
определяют калибровочные коэффициенты k и m, а также константы a и b, вычисляют значения RINcorr и RRCcorr путем коррекции RIN и RRC с использованием полученных калибровочных функций, находят плотность ρ и пористость p горной породы согласно выражениям:determine the calibration coefficients k and m, as well as constants a and b, calculate the values of RIN corr and RRC corr by correcting RIN and RRC using the obtained calibration functions, find the density ρ and porosity p of the rock according to the expressions:
ρ = (RINcorr – a)/k (7)ρ = (RIN corr - a) / k (7)
p = (RRCcorr – b)/m (8)p = (RRC corr - b) / m (8)
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На Фиг. 1 схематично показаны основные элементы и их взаимное расположение для одной из возможных конструкций скважинного устройства, предназначенного для реализации предлагаемого нейтрон-гамма метода, где:FIG. 1 schematically shows the main elements and their relative position for one of the possible designs of a downhole device designed to implement the proposed neutron-gamma method, where:
1 – охранный корпус скважинного устройства,1 - security housing of the downhole device,
2 – импульсный источник быстрых нейтронов,2 - pulsed source of fast neutrons,
3, 4 – ближний и дальний гамма-детекторы,3, 4 - near and far gamma detectors,
На фиг. 2 приведена зависимость 5 – отношения счетов гамма-квантов неупругого рассеяния от плотности RIN(ρ),In FIG. 2 shows the dependence 5 - the ratio of the counts of gamma quanta of inelastic scattering on the density RIN (ρ),
На фиг. 3 приведена зависимость 6 отношения счетов гамма квантов радиационного захвата от плотности RRC(ρ),In FIG. 3 shows the
На фиг. 4 приведена зависимость 7 калибровочной функции от плотности RINcorr(ρ) при f1(RRC(ρ)) = – RRC(ρ)/12,FIG. 4 shows the dependence of the 7 gauge function on the density RIN corr (ρ) at f 1 (RRC (ρ)) = - RRC (ρ) / 12,
На фиг. 5 приведена зависимость 8 отношения счетов гамма квантов радиационного захвата от пористости RRC(p),In FIG. 5 shows the
На фиг. 6 приведена зависимость 9 отношения счетов гамма квантов неупругого рассеяния от пористости RIN(p),In FIG. 6 shows the
На фиг. 7 приведена зависимость 10 калибровочной функции от пористости RRCcorr(p) при f2(RIN(p)) = - (RIN(p))3/9 ,FIG. 7 shows the 10 gauge function of porosity RRC corr (p) at f 2 (RIN (p)) = - (RIN (p)) 3/9,
Цилиндрический охранный корпус 1 выполняется из стали толщиной в несколько миллиметров.The
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.The pulsed source of
Ближний 3 и дальний 4 гамма-детекторы нейтронов служат для регистрации гамма-квантов, поступающих на них из окружающей среды. В качестве ближнего 3 и дальнего 4 детекторов могут использоваться сцинтилляционные детекторы. Детекторы 3 и 4 могут быть выполнены в виде кассет, содержащих несколько сцинтилляционных детекторов, и расположенных соосно с охранным корпусом 1.Near 3 and far 4 gamma neutron detectors are used to register gamma quanta arriving at them from the environment. Scintillation detectors can be used as near 3 and far 4 detectors.
Приведенные на Фиг. 2, 3, 5 и 6 зависимости рассчитаны в модельных описаниях скважины, скважинного прибора и породы при различной плотности ρ и пористости p, при расстояниях ближнего и дальнего детекторов от импульсного источника 2 (14 МэВ нейтронов), равных 30 см и 60 см, соответственно.Shown in FIG. 2, 3, 5 and 6, dependences were calculated in the model descriptions of the borehole, downhole tool and rock at different density ρ and porosity p, at distances of the near and far detectors from the pulsed source 2 (14 MeV neutrons) equal to 30 cm and 60 cm, respectively ...
На Фиг. 4 и 7 приведены зависимости калибровочных функций от плотности 7 - для RINcorr(ρ) и пористости 10 - для RRCcorr(p).FIG. Figures 4 and 7 show the dependences of the calibration functions on density 7 for RIN corr (ρ) and
Зависимости 5 и 6 хорошо описываются выражениями (9) и (10):
RIN(ρ) = 3,5854 + 1,9042⋅ρ – 0,3571⋅ρ2 (9)RIN (ρ) = 3.5854 + 1.9042⋅ρ - 0.3571⋅ρ 2 (9)
RRC(ρ) = -14,4506 + 18,1883⋅ρ – 4,5658⋅ρ2, (10)RRC (ρ) = -14.4506 + 18.1883⋅ρ - 4.5658⋅ρ 2 , (10)
а зависимости 8 и 9 - выражениями (11) и (12):and
RRC(p) = 1,6246 + 0,0978⋅p – 0,0012⋅p2 (11)RRC (p) = 1.6246 + 0.0978⋅p - 0.0012⋅p 2 (11)
RIN(p)=6,1218 + 2,2446⋅10-4⋅p -1,0036⋅10-4⋅p2 (12)RIN (p) = 6.1218 + 2.2446⋅10 -4 ⋅p -1.0036⋅10 -4 ⋅p 2 (12)
В рассматриваемом примере зависимости 7 и 10 имеют вид прямых линий при f1(RRC(ρ))=-RRC(ρ)/12 и f2(RIN(p))=-(RIN(p))3/9.In the example according to 7 and 10 have the form of straight lines with f 1 (RRC (ρ)) = - RRC (ρ) / 12 and f 2 (RIN (p)) = - (RIN (p)) 3/9.
При добыче нефти и углеводородов желательно знать вместе и плотность ρ, и пористость p горной породы (коллектора), содержащей углеводороды. Совместное определение этих характеристик необходимо для подсчета объема пластовой нефти в коллекторе. Знание плотности и пористости также важно в случае старых нефтяных скважин, для которых информация о плотности или пористости либо недостаточна, либо вообще отсутствует.When producing oil and hydrocarbons, it is desirable to know together both the density ρ and the porosity p of the rock (reservoir) containing hydrocarbons. The joint determination of these characteristics is necessary to calculate the volume of reservoir oil in the reservoir. Knowledge of density and porosity is also important in the case of old oil wells, for which there is little or no information on density or porosity.
Одним из методов, используемых для определения плотности и пористости горной породы, является метод импульсного нейтрон-гамма- каротажа. При реализации этого метода горную породу облучают импульсами быстрых (14 МэВ) нейтронов и регистрируют гамма-излучение, возникающее в породе, гамма-детектором, находящимся на некотором расстоянии от источника быстрых нейтронов.One of the methods used to determine the density and porosity of a rock is the method of pulsed neutron-gamma-ray logging. When implementing this method, the rock is irradiated with pulses of fast (14 MeV) neutrons and gamma radiation generated in the rock is recorded with a gamma detector located at some distance from the fast neutron source.
При облучении горной породы быстрыми нейтронами гамма-излучение возникает в основном в результате двух типов ядерных реакций. К первому типу относится неупругое рассеяние быстрых (с энергией, примерно, более 1 МэВ) нейтронов. Второй тип реакций – это захват надтепловых и тепловых нейтронов. Излучаемые при этом гамма-кванты называются, соответственно, гамма-квантами неупругого рассеяния и радиационного захвата.When a rock is irradiated with fast neutrons, gamma radiation occurs mainly as a result of two types of nuclear reactions. The first type includes inelastic scattering of fast (with an energy of more than 1 MeV) neutrons. The second type of reactions is the capture of epithermal and thermal neutrons. The gamma quanta emitted in this case are called, respectively, gamma quanta of inelastic scattering and radiative capture.
Использование импульсного источника быстрых нейтронов позволяет регистрировать отдельно гамма-кванты неупругого рассеяния и гамма- квантов радиационного захвата. Во время нейтронного импульса (как правило, длительностью <10 мкс) детектор гамма-излучения в основном регистрирует гамма-кванты неупругого рассеяния, а после его окончания - гамма-кванты радиационного захвата.The use of a pulsed source of fast neutrons makes it possible to register separately gamma quanta of inelastic scattering and gamma quanta of radiation capture. During a neutron pulse (usually with a duration of <10 μs), a gamma-ray detector mainly registers inelastic scattering gamma-quanta, and after its termination - radiation capture gamma-quanta.
Измерения плотности или пористости породы традиционно проводят с использованием двух детекторов гамма-излучения. При этом показания ближнего детектора используются для учета влияния скважины, скважинного устройства и его положения в скважине. Кроме того, схема с двумя детекторами обеспечивает коррекцию отношения показаний ближнего и дальнего детекторов на флуктуации интенсивности импульсного источника быстрых нейтронов.Measurements of rock density or porosity are traditionally carried out using two gamma ray detectors. In this case, the readings of the near detector are used to take into account the influence of the borehole, the downhole device and its position in the borehole. In addition, the scheme with two detectors provides for the correction of the ratio of readings of the near and far detectors for fluctuations in the intensity of a pulsed source of fast neutrons.
В том случае, когда вода и углеводороды содержатся только в поровом пространстве породы, количество регистрируемых гамма-квантов неупругого рассеяния и радиационного захвата определяются плотностью и пористостью породы, соответственно. При этом между плотностью и пористостью породы существует взаимно однозначная обратная связь. Это связь проявляется в том, что с увеличением плотности (уменьшением пористости) отношение счетов на двух детекторах гамма-квантов неупругого рассеяния растет, а отношение счетов гамма-квантов радиационного захвата падает. Рост одного отношения и падение другого взаимозависимы, поскольку происходят за счет взаимодействия гамма-квантов с одной и той же породой.In the case when water and hydrocarbons are contained only in the pore space of the rock, the amount of registered inelastic scattering and radiative capture gamma quanta is determined by the rock density and porosity, respectively. At the same time, there is a one-to-one feedback between the density and porosity of the rock. This connection is manifested in the fact that with an increase in density (decrease in porosity), the ratio of counts on two detectors of gamma quanta of inelastic scattering increases, while the ratio of counts of gamma quanta of radiation capture decreases. The growth of one ratio and the fall of the other are interdependent, since they occur due to the interaction of gamma quanta with the same breed.
Обратная связь между указанными отношениями позволяет скорректировать и превратить в линейные функции зависимость от плотности отношения счетов на двух детекторах гамма-квантов неупругого рассеяния с учетом отношения счетов гамма-квантов радиационного захвата, а также зависимость от пористости отношения счетов гамма-квантов радиационного захвата с учетом отношения счетов гамма-квантов неупругого рассеяния.The feedback between these ratios makes it possible to correct and transform into linear functions the dependence on the density of the count ratio on two detectors of gamma quanta of inelastic scattering, taking into account the ratio of counts of gamma quanta of radiation capture, as well as the dependence on the porosity of the ratio of counts of gamma quanta of radiation capture, taking into account the ratio accounts of gamma quanta of inelastic scattering.
Факторами, затрудняющими измерение пористости нейтрон-гамма- методом, являются присутствие в породе существенных количеств не содержащейся в порах кристаллизационной воды, примесей, поглощающих тепловые нейтроны, а также минерализация бурового раствора и/или пластовой воды.The factors that complicate the measurement of porosity by the neutron-gamma method are the presence in the rock of significant amounts of crystallization water not contained in the pores, impurities that absorb thermal neutrons, as well as the salinity of the drilling mud and / or formation water.
Наличие этих факторов изменяет интенсивность гамма-квантов радиационного захвата. В этом случае взаимно однозначная связь между измеренными плотностью и пористостью отсутствует.The presence of these factors changes the intensity of gamma-quanta of radiation capture. In this case, there is no one-to-one relationship between the measured density and porosity.
Причина расхождения может быть установлена с использованием имеющейся информации о литологии породы и/или спектра регистрируемого гамма излучения.The reason for the discrepancy can be established using the available information on the lithology of the rock and / or the spectrum of the detected gamma radiation.
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
Предварительно определяют калибровочные коэффициенты k и m, а также константы a и b с помощью измерений калибровочных функций на геофизических моделях пород с известной плотностью и пористостью в отсутствие кристаллизационной воды в породе, минерализации воды в скважине и в порах, а также примесей, поглощающих тепловые нейтроны.The calibration coefficients k and m, as well as the constants a and b, are preliminarily determined by measuring the calibration functions on geophysical models of rocks with known density and porosity in the absence of crystallization water in the rock, water salinity in the well and in the pores, as well as impurities that absorb thermal neutrons ...
Включают импульсный источник 2 на генерацию импульсов быстрых нейтронов. Быстрые нейтроны выходят из импульсного источника 2 и попадают в промывочную (скважинную) жидкость, обсадную колонну, а затем в горную породу вокруг скважины (на Фиг. 1 не показаны), в которых быстрые нейтроны испытывают упругие и неупругие столкновения с ядрами, входящих в их состав химических элементов, вследствие чего теряют энергию, становятся с течением времени эпитепловыми, а затем и тепловыми.
Гамма-кванты, возникшие в окружающей среде во время и в промежутках между нейтронными импульсами, частично попадают в гамма- детекторы 3 и 4. Электрические импульсы, возникающие под действием гамма-квантов в каждом из гамма-детекторов 3 и 4, поступают в электронную схему (на Фиг. 1 не показана), обеспечивающую усиление импульсов, их счет и передачу в наземную аппаратуры после каждого импульса источника 2.Gamma quanta generated in the environment during and in the intervals between neutron pulses partially enter
Повторяют процесс регистрации для N≥1 нейтронных импульсов, количество которых определяется установленной точностью измерений.The registration process is repeated for N≥1 neutron pulses, the number of which is determined by the specified measurement accuracy.
С помощью наземной аппаратуры определяют отношения RIN, RRC. Вычисляют скорректированные отношения счетов ближнего и дальнего детекторов во время нейтронных импульсов RINcorr и в промежутках между нейтронными импульсами RRCcorr с использованием соотношений (3) и (4). Для рассматриваемого примера RINcorr и RRCcorr составляют:RIN, RRC relations are determined with the help of terrestrial equipment. Calculate the corrected ratios of the counts of the near and far detectors during neutron pulses RIN corr and in the intervals between neutron pulses RRC corr using relations (3) and (4). For this example, RIN corr and RRC corr are:
RINcorr = RIN - RRC/12 (13)RIN corr = RIN - RRC / 12 (13)
RRCcorr = RRC - RIN3/9 (14)RRC corr = RRC - RIN 3/9 (14)
Находят плотность ρ и пористость p горной породы с помощью калибровочных коэффициентов k и m, а также констант a и b согласно выражениям:Find the density ρ and porosity p of the rock using the calibration coefficients k and m, as well as the constants a and b according to the expressions:
ρ = (RINcorr – a)/k (15)ρ = (RIN corr - a) / k (15)
p = (RRCcorr – b)/m (16)p = (RRC corr - b) / m (16)
Калибровочные коэффициенты k, m, a и b находят из калибровочных зависимостей, полученных для рассматриваемой горной породы, примеры которых представлены на Фиг. 4 и Фиг. 7. В рассматриваемом случае k=0,497; a=4,665; m=9,792; b=-23,8886.The calibration factors k, m, a and b are found from the calibration curves obtained for the rock in question, examples of which are shown in FIG. 4 and FIG. 7. In the case under consideration, k = 0.497; a = 4.665; m = 9.792; b = -23.8886.
Пусть в измерениях плотности и пористости горной породы отношение счетов ближнего зонда к дальнего зонда во время импульсов составляет RIN=6,115, а между импульсами RRC=2,5. Согласно выражениям (13) и (14) этим значениям RIN и RRC соответствуют RINcorr=5,907 и RRCcorr=-22,907. Вычисления ρ и p с использованием выражений (15) и (16) и приведенных выше значения калибровочных коэффициентов дают для них значения: ρ =2,50 г/см3 и p=10%.Let in the measurements of the density and porosity of the rock, the ratio of the counts of the near probe to the far probe during the pulses is RIN = 6.115, and between the pulses RRC = 2.5. According to expressions (13) and (14), these RIN and RRC values correspond to RIN corr = 5.907 and RRC corr = -22.907. Calculations of ρ and p using expressions (15) and (16) and the above values of the calibration coefficients give their values: ρ = 2.50 g / cm 3 and p = 10%.
Далее вычисляется значение пористости горной породы при полученном значении плотности с учетом того, что поры заполнены водой. В том случае, когда горная порода составлена из кальцита, плотность которого при нулевой пористости составляет 2,71 г/см3, измеренное значение плотности 2,50 г/см3 означает, что водонасыщенная пористость горной породы должна составлять 12%. Таким образом, расхождение между измеренным и вычисленным значениями пористости составляет 2%. Известно (Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. РД 153-39.0-072-01. Москва, 2001), что абсолютная погрешность измерения пористости при значениях пористости около 10% не должна превышать 1,3%. Таким образом, наблюдаемое расхождение между измеренным и вычисленным значениями пористости, превышающее допустимую погрешность, указывают на наличие одного или нескольких факторов, влияющих на измерения: связанной (кристаллизационной) воды, примесей, поглощающих тепловые нейтроны, минерализации воды в скважине или в порах.Next, the value of the porosity of the rock is calculated at the obtained density value, taking into account the fact that the pores are filled with water. In the case where the rock is composed of calcite, the density of which at zero porosity is 2.71 g / cm 3 , the measured density value of 2.50 g / cm 3 means that the water-saturated porosity of the rock should be 12%. Thus, the difference between the measured and calculated values of porosity is 2%. It is known (Technical instructions for conducting geophysical surveys and work with devices on a cable in oil and gas wells. RD 153-39.0-072-01. Moscow, 2001) that the absolute measurement error of porosity at porosity values of about 10% should not exceed 1.3 %. Thus, the observed discrepancy between the measured and calculated values of porosity, exceeding the permissible error, indicates the presence of one or more factors influencing the measurements: bound (crystallization) water, impurities that absorb thermal neutrons, water salinity in the well or in the pores.
Приведенные выше выражения (15) и (16) для вычисления плотности и пористости работают и в общем случае. При этом калибровочные коэффициенты a, k, b, m определяются отдельно для каждой измеряемой породы путем проведения калибровочных измерений. The above expressions (15) and (16) for calculating the density and porosity work in the general case. In this case, the calibration coefficients a, k, b, m are determined separately for each measured breed by performing calibration measurements.
Таким образом, заявленный технический результат - возможность одновременного определения плотности ρ и пористости p горной породы достигается за счет предварительного нахождения калибровочных функций путем измерения RIN и RRC во время и в промежутках между нейтронными импульсами на геофизических моделях горных пород, коррекции RIN во время нейтронных импульсов, а RRC - в промежутках между нейтронными импульсами, обеспечивающей линейность калибровочных функций от плотности ρ и пористости p, соответственно, определения калибровочных коэффициентов k и m, а также констант a и b, облучения горной породы импульсным источником 2 быстрых нейтронов, находящемся в прочном корпусе 1, и регистрации гамма-излучения ближним 3 и дальним 4 гамма- детекторами, также находящимися в прочном корпусе 1, раздельно во время нейтронных импульсов и в промежутках между ними, нахождении отношения счетов ближнего 3 и дальнего 4 гамма-детекторов раздельно для счетов, полученных во время нейтронных импульсов RIN, а также в промежутках между ними RRC, вычисления скорректированных значений RINcorr и RRCcorr с использованием калибровочных функций (3) и (4), определения плотности ρ и пористости p горной породы согласно выражениям (15) и (16).Thus, the claimed technical result - the ability to simultaneously determine the density ρ and porosity p of the rock is achieved by preliminary finding the calibration functions by measuring RIN and RRC during and in the intervals between neutron pulses on geophysical rock models, correcting RIN during neutron pulses, and RRC - in the intervals between neutron pulses, ensuring the linearity of the calibration functions on the density ρ and porosity p, respectively, determining the calibration coefficients k and m, as well as the constants a and b, irradiation of the rock with a pulsed source of
Claims (11)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102735A RU2727091C2 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Method for simultaneous determination of density and porosity of rock |
| EA201892451A EA036025B1 (en) | 2018-01-24 | 2018-11-27 | Method for simultaneous rock density and porosity measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102735A RU2727091C2 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Method for simultaneous determination of density and porosity of rock |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018102735A RU2018102735A (en) | 2019-07-25 |
| RU2018102735A3 RU2018102735A3 (en) | 2020-02-10 |
| RU2727091C2 true RU2727091C2 (en) | 2020-07-17 |
Family
ID=67399662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018102735A RU2727091C2 (en) | 2018-01-24 | 2018-01-24 | Method for simultaneous determination of density and porosity of rock |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036025B1 (en) |
| RU (1) | RU2727091C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459314A (en) * | 1993-08-12 | 1995-10-17 | Schlumberger Technology Corporation | Method for correcting density measurements that are affected by natural and neutron-induced gamma radiation |
| US20040222368A1 (en) * | 2002-03-19 | 2004-11-11 | Odom Richard C. | Apparatus and method for determining density, porosity and fluid saturation of formations penetrated by a borehole |
| CA2657591A1 (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pulsed-neutron formation density |
| RU2518876C2 (en) * | 2009-04-17 | 2014-06-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method to define density of subsurface formations using measurements of neutron gamma ray logging |
-
2018
- 2018-01-24 RU RU2018102735A patent/RU2727091C2/en active
- 2018-11-27 EA EA201892451A patent/EA036025B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5459314A (en) * | 1993-08-12 | 1995-10-17 | Schlumberger Technology Corporation | Method for correcting density measurements that are affected by natural and neutron-induced gamma radiation |
| US20040222368A1 (en) * | 2002-03-19 | 2004-11-11 | Odom Richard C. | Apparatus and method for determining density, porosity and fluid saturation of formations penetrated by a borehole |
| CA2657591A1 (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Pulsed-neutron formation density |
| RU2518876C2 (en) * | 2009-04-17 | 2014-06-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method to define density of subsurface formations using measurements of neutron gamma ray logging |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA036025B1 (en) | 2020-09-15 |
| RU2018102735A (en) | 2019-07-25 |
| EA201892451A3 (en) | 2019-08-30 |
| EA201892451A2 (en) | 2019-07-31 |
| RU2018102735A3 (en) | 2020-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7365307B2 (en) | Sigma/porosity tools with neutron monitors | |
| US8476584B2 (en) | Methods for sourceless density downhole measurement using pulsed neutron generator | |
| CA2457228C (en) | Apparatus and methods for monitoring output from pulsed neutron sources | |
| US8803078B2 (en) | Method and apparatus for neutron logging using a position sensitive neutron detector | |
| US9268056B2 (en) | Neutron porosity based on one or more gamma ray detectors and a pulsed neutron source | |
| US8558165B2 (en) | Nuclear tool | |
| US10725201B2 (en) | Compensated neutron correction for contributions outside the petrophysical model | |
| RU2518876C2 (en) | Method to define density of subsurface formations using measurements of neutron gamma ray logging | |
| CN106250619B (en) | Method and device for determining mineral content of stratum | |
| US8847170B2 (en) | Measurement of formation porosity using a single gamma ray detector | |
| US7893398B2 (en) | Compensated mineralogy tool and processing | |
| NO20111192A1 (en) | Method for detecting gas in a formation using capture cross-section from a pulsed neutron device | |
| Zhang et al. | A comparative study on the neutron-gamma density and gamma-gamma density logging | |
| CN109444972B (en) | Logging device and method for measuring formation density by dual-energy X-ray | |
| Yu et al. | Numerical simulation and method study of X-ray litho-density logging | |
| US11143786B2 (en) | Intrinsic geological formation carbon to oxygen ratio measurements | |
| RU2727091C2 (en) | Method for simultaneous determination of density and porosity of rock | |
| CN108222927B (en) | Density logging method based on X-ray source | |
| RU164852U1 (en) | Borehole device for measuring neutron porosity | |
| RU2073894C1 (en) | Method of neutron-neutron interaction logging of oil and gas wells by epithermal neutron using | |
| RU2624996C1 (en) | Downhole device for measurement of neutron porosity | |
| CN116357301A (en) | Stratum porosity calculation method and system based on effective reaction section | |
| RU31659U1 (en) | DEVELOPMENT OF SPECTROMETRIC GAMMA LOGGING OF WELLS |