RU2073895C1 - Neutron activation logging method and device for it performing - Google Patents
Neutron activation logging method and device for it performing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2073895C1 RU2073895C1 RU93018200A RU93018200A RU2073895C1 RU 2073895 C1 RU2073895 C1 RU 2073895C1 RU 93018200 A RU93018200 A RU 93018200A RU 93018200 A RU93018200 A RU 93018200A RU 2073895 C1 RU2073895 C1 RU 2073895C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- gamma
- output
- pulse
- detector
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000004913 activation Effects 0.000 title claims description 19
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 18
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 abstract 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 abstract 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N nitrogen-16 Chemical compound [16NH3] QGZKDVFQNNGYKY-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000001730 gamma-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000003947 neutron activation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к прикладной ядерной геофизике и может быть использовано для дистанционных исследований труднодоступных объектов методом нейтронной активации в геологии, горной промышленности, металлургическом или химическом производстве и других областях народного хозяйства. The invention relates to applied nuclear geophysics and can be used for remote research of hard-to-reach objects by neutron activation in geology, mining, metallurgical or chemical production and other areas of the national economy.
Известен способ нейтронного активационного анализа горных пород, основанный на облучении проб потоком нейтронов и последующем измерении наведенной активности от изотопов-индикаторов. По интенсивности наведенного гамма-излучения определяют содержание элемента. Устройство, реализующее способ, состоит из активационной установки, содержащей источник нейтронов и защитные экраны, пневмопочты и анализирующей аппаратуры, включающей блок детектирования и анализатор импульсов [1]
Данные способ и устройство обеспечивают высокочувствительное определение содержания элементов, но только в пробах. Применение способа и устройства для определения элементов, например, в скважинах невозможно, так как исследуемой средой являются не пробы, а массивы горных пород.A known method of neutron activation analysis of rocks, based on the irradiation of samples with a neutron flux and subsequent measurement of induced activity from indicator isotopes. The intensity of the induced gamma radiation determines the content of the element. A device that implements the method consists of an activation installation containing a neutron source and protective shields, pneumatic mail and analyzing equipment, including a detection unit and a pulse analyzer [1]
These method and device provide a highly sensitive determination of the content of elements, but only in samples. The application of the method and device for determining the elements, for example, in wells is impossible, since the studied medium is not samples, but rock masses.
Известен также способ радиоактивного каротажа, заключающийся в облучении горных пород потоком нейтронов и измерении наведенного эффекта от изотопа-индикатора в процессе непрерывного перемещения скважинного прибора по скважине с оптимальной скоростью. Для практического осуществления способа предложено устройство, состоящее из скважинного прибора и наземной измерительной аппаратуры. Скважинный прибор содержит блок детектирования, источник быстрых нейтронов и регистрирующе-передающую схему. Блок детектирования расположен на некотором фиксированном расстоянии от источника нейтронов и защищен от его прямого излучения экранами. Наземная измерительная аппаратура представляет собой 2-4-канальный или многоканальный анализатор импульсов, по выходу подключенный к аналоговому или цифровому регистратору информации. В качестве источника нейтронов в скважинном приборе могут использоваться управляемые генераторы быстрых нейтронов. В этом случае в состав наземной аппаратуры входит блок питания скважинного генератора нейтронов [2] Результаты измерений в виде скорости счета наведенного эффекта в функции глубины скважины фиксируются на диаграммную ленту, протягивающуюся синхронно со скоростью подъема скважинного прибора. Наличие определяемого элемента отмечается в виде аномалий, по интенсивности которых судят о границах залегания определенного вида полезного ископаемого и о содержании в горных породах анализируемого элемента. There is also known a method of radioactive logging, which consists in irradiating rocks with a neutron flux and measuring the induced effect of the indicator isotope during continuous movement of the downhole tool through the borehole at an optimal speed. For the practical implementation of the method, a device is proposed consisting of a downhole tool and ground-based measuring equipment. The downhole tool comprises a detecting unit, a fast neutron source, and a recording and transmitting circuit. The detection unit is located at a certain fixed distance from the neutron source and is protected from its direct radiation by screens. Ground-based measuring equipment is a 2-4-channel or multi-channel pulse analyzer connected to an analog or digital information recorder by output. As a neutron source in a downhole tool, controlled fast neutron generators can be used. In this case, the ground-based equipment includes a power unit for the downhole neutron generator [2]. The measurement results in the form of the count rate of the induced effect as a function of the depth of the well are recorded on a chart tape stretching synchronously with the rate of rise of the downhole tool. The presence of a determined element is noted in the form of anomalies, by the intensity of which they judge the occurrence boundaries of a certain type of mineral and the content of the analyzed element in the rocks.
Основным недостатком способа является невысокая его чувствительность к анализируемым элементам, что обусловлено непрерывным режимом облучения и измерения. Фактически способ позволяет определять только макросодержания элементов, изотопы которых имеют небольшой период полураспада (менее 5 мин) и высокое течение активации. The main disadvantage of this method is its low sensitivity to the analyzed elements, which is due to the continuous mode of irradiation and measurement. In fact, the method allows to determine only the macro-content of elements whose isotopes have a short half-life (less than 5 min) and a high activation course.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ нейтронного активационного каротажа, заключающийся в дискретном облучении горных пород потоком нейтронов в скважине во время остановки скважинного прибора и последующей непрерывной регистрации наведенного эффекта в движении в интервале протяженностью 20-40 см, располагающемся симметрично относительно точек облучения [2] В качестве источника нейтронов при проведении измерений используют известные стационарные источники или импульсные источники нейтронов. Для реализации способа используется устройство, абсолютно идентичное вышеприведенному второму аналогу. The closest in technical essence and the achieved result is the method of neutron activation logging, which consists in discrete irradiation of rocks with a neutron flux in the well during shutdown of the downhole tool and subsequent continuous recording of the induced effect in motion in the range of 20-40 cm, located symmetrically relative to the irradiation points [2] Known stationary sources or pulsed neutron sources are used as a neutron source during measurements new. To implement the method, a device is used that is absolutely identical to the above second analogue.
Благодаря дискретному режиму облучения предложенное техническое решение позволяет в 3-10 раз повысить чувствительность нейтронного активационного каротажа к анализируемым элементам, что, в частности, открывает возможность его использования для решения задач геохимии. Due to the discrete irradiation mode, the proposed technical solution allows increasing the sensitivity of neutron activation logs to the analyzed elements by 3-10 times, which, in particular, opens up the possibility of its use for solving geochemistry problems.
Главным недостатком способа является низкая производительность и нетехнологичность работ. Например, для изучения распределения содержаний фтора в скважине глубиной 300 метров с шагом 2 метра требуется 150 остановок длительностью в 20-30 сек. После каждой остановки необходимо набрать оптимальную скорость перемещения скважинного прибора и прописать облученную точку. Нетрудно видеть, что такую технологию измерения на практике реализовать очень сложно. The main disadvantage of this method is the low productivity and low-tech work. For example, to study the distribution of fluorine content in a well 300 meters deep with a step of 2 meters, 150 stops are required lasting 20-30 seconds. After each stop, it is necessary to dial the optimal speed of the downhole tool and register the irradiated point. It is easy to see that such a measurement technology in practice is very difficult to implement.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения точности, производительности и технологичности нейтронного активационного каротажа. Для этого по способу нейтронного активационного каротажа, заключающемуся в дискретном облучении горных пород потоком нейтронов от импульсного генератора нейтронов и непрерывной регистрации наведенного гамма-излучения (N1) в интервалах протяженностью 20-40 см, располагаемых симметрично относительно облученных точек, и последующем определении содержания элементов по интенсивности спектральных потоков, регистрируемых в характерных областях энергетического спектра, облучение осуществляют циклично при непрерывном движении скважинного прибора с оптимальной скоростью (V), для чего в каждом цикле источник нейтронов синхронно со скоростью каротажа перемещают в направлении, обратном движению скважинного прибора, на расстояние от детектора гамма-квантов, равное l1 tп•V, затем быстро возвращают его в начальное положение на расстояние от детектора гамма-квантов, равное l2 V(tп + ta), где tп и ta - соответственно расчетные значения времени паузы и активации, устанавливаемые из условия регистрации наведенного эффекта i-го изотопа с минимальной статистической погрешностью.The present invention solves the problem of increasing the accuracy, productivity and manufacturability of neutron activation logging. To do this, according to the method of neutron activation logging, which consists in discrete irradiation of rocks with a neutron flux from a pulsed neutron generator and continuous registration of induced gamma radiation (N 1 ) in the lengths of 20-40 cm, located symmetrically relative to the irradiated points, and the subsequent determination of the content of elements by the intensity of spectral flows recorded in characteristic regions of the energy spectrum, irradiation is carried out cyclically with continuous movement of the borehole device with optimal speed (V), for which, in each cycle, the neutron source is synchronously with the logging speed moved in the direction opposite to the movement of the downhole tool, at a distance from the gamma-ray detector equal to l 1 t p • V, then quickly return it to the initial the position at a distance from the gamma-ray detector, equal to l 2 V (t p + t a ), where t p and t a are the calculated values of the pause and activation times, established from the conditions for recording the induced effect of the ith isotope with a minimum statistical error .
Кроме того, дополнительно проводят измерения спектрального потока наведенного гамма-излучения изотопа азот-16 (N2) в функции времени (t) с шагом квантования 1-5 сек с помощью второго гамма-детектора, расположенного выше источника нейтронов на расстоянии l, равном 40-100 см, и синхронно перемещающегося с ним, причем поток N2 f(t) измеряют между импульсами быстрых нейтронов с начальной временной задержкой после каждого импульса t 5-6 мсек при суммарной экспозиции измерений в цикле t h/V, где h база свободного перемещения источника нейтронов и второго детектора гамма-квантов, по времени нарастания и интенсивности спектрального потока от активированных ядер изотопа N-16 (N1) определяют скорость перетока пластового флюида Vф l/tф и его относительную интенсивность Qi, где l - расстояние между вторым детектором гамма-квантов и импульсным источником нейтронов, tф время вступления активированного потока N2 в область второго детектора, отсчитываемое с момента начала облучения в каждом цикле.In addition, the spectral flux of the induced gamma radiation of the nitrogen-16 isotope (N 2 ) is also measured as a function of time (t) with a quantization step of 1-5 sec using a second gamma detector located above the neutron source at a distance l of 40 -100 cm, and moving synchronously with it, and the flux N 2 f (t) is measured between fast neutron pulses with an initial time delay after each pulse of t 5-6 ms for a total exposure of measurements in the th / V cycle, where h is the base of free movement neutron source and second det Ktorov gamma quanta on the rise time and the intensity of spectral flux from the nuclei of activated N-16 (N 1) is determined isotope flow rate of formation fluid V f l / t f and its relative intensity Q i, where l - distance between second gamma detector quanta and a pulsed neutron source, t f the time of entry of the activated flux N 2 into the region of the second detector, counted from the start of irradiation in each cycle.
Для реализации способа предлагается устройство нейтронного активационного каротажа, содержащее скважинный прибор с наземным пультом, соединенные геофизическим кабелем, причем наземный пульт содержит импульсный датчик глубины, амплитудный анализатор импульсов, каротажный регистратор и блок питания импульсного источника быстрых нейтронов, при этом выход импульсного датчика глубины связан с каротажным регистратором, информационный вход которого подключен к выходу амплитудного анализатора импульсов, первым входом соединенного с первой жилой геофизического кабеля, выход блока питания импульсного источника быстрых нейтронов соединен с 3-й жилой геофизического кабеля. Скважинный прибор состоит из охранного корпуса с размещенными в нем первым детектором гамма-квантов, подключенным к входу первой регистрирующе-передающей схемы, на выходе связанной с первой жилой геофизического кабеля, импульсным источником быстрых нейтронов, отделенным от первого гамма-детектора защитным экраном. To implement the method, a neutron activation logging device is proposed, comprising a downhole tool with a ground control panel connected by a geophysical cable, the ground control panel comprising a pulse depth sensor, an amplitude pulse analyzer, a logging recorder and a fast neutron pulse source power supply, while the output of the pulse depth sensor is associated with logging recorder, the information input of which is connected to the output of the amplitude pulse analyzer, the first input connected to oh residential logging cable, a pulsed fast neutron source power supply output is connected to the third residential logging cable. The downhole tool consists of a security enclosure with a first gamma-ray detector placed in it, connected to the input of the first recording-transmitting circuit, at the output of the first living geophysical cable, with a pulsed fast neutron source separated from the first gamma-ray detector by a protective screen.
Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что наземный пульт дополнительно содержит n-разрядный счетчик импульсов, двухвходовый блок экспозиции и схему фиксации начала цикла "облучение-измерение", вход которой подключен к второй жиле геофизического кабеля, а выход к входу "установка нуля" n-разрядного счетчика импульсов и второму входу блока экспозиции, выход импульсного датчика глубины связан дополнительно с второй жилой геофизического кабеля и информационным входом n-разрядного счетчика импульсов, выходом подключенного к первому входу блока экспозиции, выход которого соединен с входом блокирования "Вх.бл." амплитудного анализатора импульсов, снабженного вторым информационным входом, подключенного через емкость к 3-й жиле геофизического кабеля. Скважинный прибор дополнительно содержит второй детектор гамма-квантов, вторую регистрирующе-передающую схему, подвижную систему с редуктором скорости и микролебедкой, реверсивный электродвигатель, блок управления подвижной системой, включающей в себя импульсный датчик глубины, концевой выключатель, схему блокирования, первый и второй n-разрядные счетчики импульсов, n-разрядный цифровой компаратор, n переключателей логических уровней нуля и единицы, первый и второй цифроаналоговые преобразователи,
схему сравнения и усилитель нуль-орган, при этом второй детектор гамма-квантов и импульсный источник быстрых нейтронов размещены в подвижной системе, причем гамма-детектор размещен выше импульсного источника быстрых нейтронов на расстоянии 40-100 см и посредством гибкой связи (типа телефонной) связан с входом второй регистрирующе-передающей схемы, выходом подключенной к 3-й жиле геофизического кабеля, подвижная система механически связана с редуктором скорости, с микролебедкой и реверсивным электродвигателем, выход импульсного датчика глубины подключен к информационному входу первого n-разрядного счетчика импульсов, а его выход соединен шиной с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход второго n-разрядного счетчика импульсов соединен шиной с первым входом n-разрядного цифрового компаратора и входом второго цифроаналогового преобразователя, выход n-разрядного цифрового компаратора соединен с входами "установка нуля" второго n-разрядного счетчика импульсов и второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены к первому и второму входам схемы сравнения, выходом связанной с входом усилителя нуль-органа,
соединенного по выходу с реверсивным электродвигателем, выходы n переключателей логических уровней нуля и единицы посредством шины подключены к второму входу n-разрядного цифрового компаратора, выход концевого выключателя связан с входом "установка нуля" первого n-разрядного счетчика импульсов, первого цифроаналогового преобразователя и первым управляющим входом схемы блокирования, второй управляющий вход которой подключен к выходу n-разрядного цифрового компаратора, выход схемы блокирования соединен с входом второго n-разрядного счетчика импульсов, а вход подключен к второй жиле геофизического кабеля.The proposed device differs from the known one in that the ground-based remote control additionally contains an n-bit pulse counter, a two-input exposure unit and a fixation circuit for the beginning of the irradiation-measurement cycle, the input of which is connected to the second core of the geophysical cable, and the output to the input is “zero” n -digit pulse counter and the second input of the exposure unit, the output of the pulse depth sensor is additionally connected to the second living geophysical cable and the information input of the n-bit pulse counter, the output connected to the first input of the exposure unit, the output of which is connected to the input input blocking "In.bl." an amplitude pulse analyzer equipped with a second information input, connected through a capacitance to the 3rd core of the geophysical cable. The downhole tool additionally contains a second gamma-ray detector, a second recording and transmitting circuit, a mobile system with a speed reducer and a micro-winch, a reversible electric motor, a control unit for the mobile system including a pulse depth sensor, a limit switch, a blocking circuit, the first and second n- bit pulse counters, n-bit digital comparator, n switches of logical levels of zero and one, the first and second digital-to-analog converters,
a comparison circuit and a zero-organ amplifier, wherein a second gamma-ray detector and a pulsed fast neutron source are placed in the mobile system, the gamma-ray detector being placed above the pulsed fast neutron source at a distance of 40-100 cm and connected via flexible communication (such as telephone) with the input of the second recording and transmitting circuit, the output connected to the 3rd core of the geophysical cable, the movable system is mechanically connected to the speed reducer, with a micro winch and a reversible electric motor, the output of the pulse sensor g Ubina is connected to the information input of the first n-bit pulse counter, and its output is connected by a bus to the input of the first digital-to-analog converter, the output of the second n-bit pulse counter is connected by a bus to the first input of the n-bit digital comparator and the input of the second digital-to-analog converter, n-bit output the digital comparator is connected to the inputs "zero" of the second n-bit pulse counter and the second digital-to-analog converter, the outputs of the first and second digital-to-analog converter lei are connected to the first and second inputs of the comparison circuit, the output associated with the input of the amplifier of the zero-organ,
connected at the output to a reversible electric motor, the outputs of the n logic level zero and one switches are connected via a bus to the second input of an n-bit digital comparator, the output of the limit switch is connected to the zero-setting input of the first n-bit pulse counter, the first digital-to-analog converter and the first control the input of the blocking circuit, the second control input of which is connected to the output of an n-bit digital comparator, the output of the blocking circuit is connected to the input of a second n-bit count pulse generator, and the input is connected to the second core of the geophysical cable.
На фиг. 1 изображены зависимости наведенного эффекта от ядер кислорода, измеряемого вторым детектором при двух разных скоростях притока при реализации предлагаемого способа. In FIG. 1 shows the dependences of the induced effect on oxygen nuclei measured by the second detector at two different inflow rates during the implementation of the proposed method.
Сущность способа состоит, как и в прототипе, в дискретном облучении среды потоком быстрых нейтронов и регистрации наведенного гамма-излучения первым гамма-детектором в процессе непрерывного перемещения скважинного прибора над активированной (облученной) точкой и дополнительном измерении спектрального потока от изотопа кислорода азот-16 вторым гамма-детектором, перемещающимся синхронно с импульсным источником быстрых нейтронов. Поскольку положение последнего стабилизировано относительно исследуемой среды в каждом цикле измерений, то второй детектор может регистрировать только гамма-кванты от естественно-радиоактивных изотопов и изотопов, выносящихся из зоны облучения в направлении второго гамма-детектора, например, за счет вертикального перетока пластового флюида по скважине или по заколонному пространству. Очевидно, что интенсивность наведенного эффекта, обусловленного выносом активированных ядер из зоны облучения, будет зависеть от дебита, т.е. интенсивности перетока, а время вступления фронта активированных ядер в область расположения второго детектора гамма-квантов определяет скорость перетока при фиксированном расстоянии до источника быстрых нейтронов. В качестве изотопа-индикатора для определения параметров перетока пластового флюида (скорости, относительного дебита) целесообразно использовать изотоп кислорода азот-16. Последний образуется по реакции O16(n,p)N16 с порогом 10 мэВ, имеет небольшой период полураспада (Т 7,4 сек) и при распаде испускает интенсивное жесткое излучение с энергией 6,4 и 7,1 мэВ. Благодаря благоприятным активационным характеристикам излучение его легко выделяется с уровнем дискриминации 2,5-3 мэВ. Отсутствие других изотопов с такой энергией вторичного излучения обеспечивает практически бесфоновые измерения и соответственно высокую чувствительность способа к перетокам пластового и скважинного флюида, всегда содержащего стабильные ядра кислорода.The essence of the method consists, as in the prototype, in discrete irradiation of the medium by a fast neutron flux and registration of the induced gamma radiation by the first gamma detector during continuous movement of the downhole tool over an activated (irradiated) point and additional measurement of the spectral flux from the nitrogen-16 oxygen isotope by the second a gamma detector moving synchronously with a pulsed source of fast neutrons. Since the position of the latter is stabilized relative to the medium under study in each measurement cycle, the second detector can only detect gamma rays from naturally-occurring radioisotopes and isotopes that are carried out from the irradiation zone in the direction of the second gamma-detector, for example, due to the vertical flow of formation fluid through the well or annular space. Obviously, the intensity of the induced effect due to the removal of activated nuclei from the irradiation zone will depend on the flow rate, i.e. the intensity of the flow, and the time of entry of the front of activated nuclei into the region of the second gamma-ray detector determines the flow velocity at a fixed distance to the source of fast neutrons. It is advisable to use the nitrogen-16 oxygen isotope as an indicator isotope for determining the parameters of formation fluid flow (velocity, relative flow rate). The latter is formed by the reaction O 16 (n, p) N 16 with a threshold of 10 meV, has a short half-life (T 7.4 sec), and during decay emits intense hard radiation with energies of 6.4 and 7.1 meV. Due to the favorable activation characteristics, its radiation is easily distinguished with a discrimination level of 2.5-3 meV. The absence of other isotopes with such secondary radiation energy provides practically backgroundless measurements and, accordingly, a high sensitivity of the method to flows of formation and well fluid that always contains stable oxygen nuclei.
Поскольку второй детектор располагается на небольшом расстоянии от источника быстрых нейтронов (40-100 см), а реакция O16(n,p)N16 протекает при энергии нейтронов более 10 мэВ, для активации ядер необходим скважинный импульсный источник быстрых нейтронов (генератор нейтронов) с энергией более 10 мэВ, например на 14 мэВ. Измерение спектрального потока от изотопа N-16 легко достигается в области более 2,5-3 мэВ с временной задержкой после каждого импульса нейтронов, равной t 5-6 мсек. Такая временная задержка необходима для исключения фонового гамма-излучения, обусловленного радиационным захватом тепловых нейтронов ядрами исследуемой среды и конструкционных материалов. При частоте следования нейтронных импульсов f 20 Гц чистое время измерения наведенного эффекта от изотопа N-16 составит 44-46 мсек.Since the second detector is located at a short distance from the fast neutron source (40-100 cm), and the O 16 (n, p) N 16 reaction proceeds at a neutron energy of more than 10 meV, a downhole fast neutron pulsed source (neutron generator) is required to activate the nuclei with an energy of more than 10 meV, for example, 14 meV. Measurement of the spectral flux from the N-16 isotope is easily achieved in the region of more than 2.5-3 meV with a time delay after each neutron pulse of t 5-6 ms. Such a time delay is necessary to eliminate background gamma radiation due to radiation capture of thermal neutrons by the nuclei of the medium under study and structural materials. At a neutron pulse repetition rate f of 20 Hz, the net measurement time of the induced effect from the N-16 isotope will be 44-46 ms.
Одновременно при той же начальной временной задержке может регистрироваться спектр естественного и наведенного гамма-излучения. Время активации и измерения для второго гамма-детектора определяется скоростью каротажа (V) и базой свободного перемещения системы детектор гамма-квантов - источник нейтронов (h). При h 180 см, V 4 м/мин ta 1,8/4 м/мин 0,45 мин или 27 сек. Этот режим близок к оптимальному и позволяет определять скорости перетока в диапазоне от 40 до 3 см/сек при l 40 см и от 100 до 4 см/сек при l 100 см, где l расстояние между детектором гамма-квантов и импульсным источником быстрых нейтронов. При меньших скоростях перетока оценка его параметров снижается вследствие распада ядер изотопа N-16 по мере движения жидкости от зоны активации в область детектора гамма-квантов. Так, при Vф 3 см/сек активность составляет примерно 6% от начальной.At the same time, with the same initial time delay, the spectrum of natural and induced gamma radiation can be recorded. The activation and measurement time for the second gamma-ray detector is determined by the logging speed (V) and the base of free movement of the gamma-ray detector system is the neutron source (h). At h 180 cm, V 4 m / min t a 1.8 / 4 m / min 0.45 min or 27 sec. This mode is close to optimal and allows one to determine the flow rates in the range from 40 to 3 cm / sec at l 40 cm and from 100 to 4 cm / sec at l 100 cm, where l is the distance between the gamma-ray detector and the pulsed fast neutron source. At lower flow rates, the estimation of its parameters decreases due to the decay of the N-16 isotope nuclei as the fluid moves from the activation zone to the region of the gamma-ray detector. So, with V f 3 cm / sec, the activity is about 6% of the initial one.
Конкретно скорость перетока может быть определена по кривой нарастания фронта активированных ядер изотопа N-16, для чего спектральная интенсивность N2 в каждом цикле измеряется в функции времени N2 f(t). Пример регистрации спектральной интенсивности при двух разных скоростях перетока Vф1 и Vф2 1/2 Vф1 приведен на фиг.1. При равном дебите максимальный эффект фиксируется при скорости перетока v
Поскольку при прочих равных условиях регистрируемая вторым детектором интенсивность гамма-квантов в области насыщения (см. фиг.1) зависит от объема перетекаемой жидкости Q и скорости ее фильтрации, для i-го и эталонного (с известными дебитом и скоростью перетока) интервалов справедливы соотношения
N2i Qi•Vi;
Nэт Qэт•Vэт,
откуда Qi Qэт•N2i/N2эт •Vэт/Vi.Specifically, the flow rate can be determined from the curve of the front of activated nuclei of the N-16 isotope, for which the spectral intensity N 2 in each cycle is measured as a function of time N 2 f (t). An example of recording spectral intensity at two different flow rates V f1 and
Since, ceteris paribus, the gamma-ray intensity recorded by the second detector in the saturation region (see Fig. 1) depends on the volume of the flowing liquid Q and its filtration rate, for the ith and reference (with known flow rate and flow rate) intervals, the relations
N 2i Q i • V i ;
N fl Q fl • V fl
whence Q i Q floor • N 2i / N 2et • V floor / V i .
Реально активности N2 определяются по асимптотическим ветвям зависимостей N2 f(t). Поэтому регистрация потока N2 должна осуществляться в функции времени с шагом квантования 1-5 сек. Интервал квантования по времени определяется из соображений обеспечения достаточной точности измерения спектральных потоков N2(t) и времени вступления в область детектора фронта активированной жидкости.Actually, N 2 activities are determined by the asymptotic branches of the N 2 f (t) dependencies. Therefore, the registration of the stream N 2 should be carried out as a function of time with a quantization step of 1-5 seconds. The time quantization interval is determined for reasons of ensuring sufficient accuracy for measuring the spectral fluxes N 2 (t) and the time of entry of the front of the activated liquid into the detector region.
Одновременно второй гамма-детектор может быть использован для измерения полного спектра естественного и наведенного гамма-излучения, что позволяет реализовать радиогеохимические исследования. Регистрируемый предлагаемым способом спектр содержит информацию о содержании в горных породах естественно -радиоактивных элементов (урана, тория, калия) и об эквивалентном содержании кислорода в активированной жидкости. Количественное определение всех указанных элементов осуществляется обычным способом путем решения системы линейных уравнений вида
g(U) a1N1 + b1N2 + c1N3 + d1N4;
g(Th) a2N1 + b2N2 + c2N3 + d2N4;
g(K) a3N1 + b3N2 + c3N3 + d3N4;
g(O) d4N4,
где g(U), g(Th), g(K) и g(O) соответственно содержания урана, тория, калия и кислорода; ai, bi, ci, di спектральные коэффициенты, определяющие вклад i-го изотопа в i-ую энергетическую область; N1, N2, N3, N4 спектральные интенсивности, регистрируемые в области основных гамма-линий урана (1,78 мэВ), тория (2,62 мэВ), калия (1,46 мэВ) и кислорода (> 2,5-3 мэВ).At the same time, the second gamma detector can be used to measure the full spectrum of natural and induced gamma radiation, which allows for the implementation of radio geochemical studies. The spectrum recorded by the proposed method contains information on the content in the rocks of naturally-radioactive elements (uranium, thorium, potassium) and the equivalent oxygen content in the activated liquid. Quantitative determination of all these elements is carried out in the usual way by solving a system of linear equations of the form
g (U) a 1 N 1 + b 1 N 2 + c 1 N 3 + d 1 N 4 ;
g (Th) a 2 N 1 + b 2 N 2 + c 2 N 3 + d 2 N 4 ;
g (K) a 3 N 1 + b 3 N 2 + c 3 N 3 + d 3 N 4 ;
g (O) d 4 N 4 ,
where g (U), g (Th), g (K) and g (O) are respectively the contents of uranium, thorium, potassium and oxygen; a i , b i , c i , d i spectral coefficients determining the contribution of the i-th isotope to the i-th energy region; N 1 , N 2 , N 3 , N 4 spectral intensities recorded in the region of the main gamma lines of uranium (1.78 meV), thorium (2.62 meV), potassium (1.46 meV) and oxygen (> 2, 5-3 meV).
При отсутствии перетоков N4 0 система переходит в обычную систему уравнений, хорошо известную в спектрометрическом гамма-каротаже.In the absence of flows N 4 0, the system goes over into the usual system of equations, well known in spectrometric gamma-ray logging.
Первый детектор гамма-квантов, располагающийся жестко в скважинном приборе, служит для регистрации наведенного гамма-излучения, образующегося в горных породах при его облучении потоком быстрых нейтронов аналогично как в прототипе. Заметим только, что применение в качестве источника генератора нейтронов позволяет резко повысить информативность метода за счет возбуждения ядер по пороговым реакциям: кислорода O16(n,p)N16, En 10 мэВ; натрия Na23(n,p)Ne23, En 3,5 мэВ и Na23(n,α)F20, En 4,5 мэВ; хлора Cl37(n,p)S37, En 4,1 мэВ и Cl37(n,α)P34, En 1,44 мэВ и др. Указанные изотопы входят в состав пластового флюида нефтеносных пластов и могут быть использованы для их идентификации, оценки характера насыщения, а также количественного определения их запасов в недрах.The first gamma-ray detector, which is located rigidly in the downhole tool, is used to register induced gamma radiation generated in rocks during its irradiation with a fast neutron flux in the same way as in the prototype. We only note that the use of a neutron generator as a source makes it possible to sharply increase the information content of the method due to the excitation of nuclei by threshold reactions: oxygen O 16 (n, p) N 16 ,
На pудных местоpождениях пеpвый гамма-детектоp может быть использован для определения таких распространенных и важных элементов, как фтор, алюминий и кремний. Эта информация в комплексе с данными о содержании естественно-радиоактивных элементов может быть использована для поисков различных эндогенных месторождений по ореолам рассеяния. In ore deposits, the first gamma-ray detector can be used to detect such common and important elements as fluorine, aluminum and silicon. This information, combined with data on the content of naturally occurring radioactive elements, can be used to search for various endogenous deposits by scattering halos.
Для практической реализации способа нейтронного активационного каротажа предложено устройство, функциональные схемы которого приведены на фиг.2 и фиг. 3. На фиг.2 представлена функциональная схема скважинного прибора и наземного пульта; на фиг.3 представлена функциональная схема блока управления подвижной системой. For the practical implementation of the method of neutron activation logging, a device is proposed whose functional diagrams are shown in FIG. 2 and FIG. 3. Figure 2 presents the functional diagram of the downhole tool and ground console; figure 3 presents the functional diagram of the control unit of the mobile system.
На чертежах приняты следующие обозначения: 1 детектор гамма-квантов, 2 первая регистрирующе-передающая схема, 3 второй детектор гамма-квантов, 4 вторая регистрирующе-передающая схема, 5 импульсный генератор нейтронов, 6 подвижная система, 7 защитный экран, 8 реверсивный электродвигатель, 9 - редуктор скорости с микролебедкой, 10 импульсный датчик глубины скважинного прибора, 11 устройство укладки гибкой линии связи, 12 блок управления подвижной системой, 13 транспортировочный тросик, 14 гибкая линия связи второго детектора гамма-квантов и источника нейтронов, 15 n-разрядный счетчик импульсов, 16 импульсный датчик глубины, 17 блок экспозиции, 18 - схема фиксации начала цикла "облучение-измерение", 19 каротажный регистратор, 20 анализатор импульсов, 21 блок питания импульсного генератора нейтронов, 22 схема блокирования, 23 концевой выключатель, 24 и 25 первый и второй n-разрядные счетчики импульсов, 26 n-разрядный цифровой компаратор, 27 n переключателей логических уровней нуля и единицы, 28 и 29 - первый и второй цифроаналоговые преобразователи, 30 схема сравнения, 31 - усилитель нуль-орган, R вход "установка нуля", 1У и 2У первый и второй управляющие входы, Инф.вх.1 и Инф.вх.2 первый и второй информационные входы, Вх.бл. вход блокирования. The following notation is used in the drawings: 1 gamma-ray detector, 2 first recording-transmitting circuit, 3 second gamma-ray detector, 4 second recording-transmitting circuit, 5 pulsed neutron generator, 6 mobile system, 7 protective screen, 8 reversible electric motor, 9 - speed reducer with a micro winch, 10 pulse depth gauge of a downhole tool, 11 device for laying a flexible communication line, 12 control unit for a mobile system, 13 transport cable, 14 flexible communication line of a second gamma-ray detector and source and neutrons, 15 n-bit pulse counter, 16 pulse depth sensor, 17 exposure block, 18 - scheme for fixing the beginning of the irradiation-measurement cycle, 19 logging recorder, 20 pulse analyzer, 21 power supply unit of a pulsed neutron generator, 22 blocking circuit, 23 limit switch, 24 and 25 first and second n-bit pulse counters, 26 n-bit digital comparator, 27 n switches of logical levels of zero and one, 28 and 29 - first and second digital-to-analog converters, 30 comparison circuit, 31 - zero amplifier -organ, R input "set and zero ", 1U and 2U first and second control inputs, and Inf.vh.1 Inf.vh.2 first and second data inputs, Vh.bl. blocking input.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии подвижная система 6 с источником быстрых нейтронов 5 и вторым детектором гамма-квантов 3 находится в крайнем верхнем положении. Все счетные элементы сброшены в состояние нуля. При движении вверх (вправо по чертежу) импульсный датчик глубины 16 вырабатывает импульсы, например, по одному на каждый миллиметр перемещения скважинного прибора. Эти импульсы поступают на вход n-разрядного счетчика импульсов 15, каротажный регистратор 19 и по второй жиле кабеля на n-разрядный счетчик импульсов 24 блока управления подвижной системой 12, на выходе которого количество поступивших импульсов отображается в двоичном коде. По n-разрядной шине этот код подается на соответствующие входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 28 и n-разрядного цифрового компаратора 26. С выхода ЦАП 28 сигнал в аналоговой форме подается на схему сравнения 30. Так как на второй ее вход постоянное напряжение поступает с выхода второго ЦАП 29, находящегося в сброшенном состоянии (на выходе нулевой потенциал), то на выходе схемы сравнения 30 появляется сигнал разбаланса, который, усиливаясь усилителем нуль-органом 31, попадает на вход управления реверсивным электродвигателем 8 в виде напряжения, например, положительной полярности. Электродвигатель 8 начинает вращаться до тех пор, пока не сработает импульсный датчик глубины скважинного прибора 10. The device operates as follows. In the initial state, the
Импульс с его выхода поступает на вход второго n-разрядного счетчика импульсов 15 блока управления подвижной системой 12, на выходе которого количество импульсов также отражается в двоичном коде и по n-разрядной шине поступает на вход второго ЦАП 29, работающего идентично с первым. В результате напряжение на входах схемы сравнения 30 становится равным и двигатель 8 останавливается. Для синхронного перемещения подвижной системы 6 и скважинного прибора используются датчики глубины 16 и 10 с идентичным шагом квантования импульсных сигналов на единицу перемещения. По мере подъема скважинного прибора и появления с импульсного датчика глубины 16 новых импульсов снова появляется сигнал разбаланса, который аналогичным образом компенсируется электродвигателем 8 посредством усилителя нуль-органа 31. В этом режиме устройство работает до тех пор, пока подвижная система 6 не переместится на расстояние h t•V, где t время активации, V скорость каротажа. Предположим, что h 1,8 метра. Тогда в момент поступления от импульсного датчика глубины 16 1800-го импульса на выходе n-разрядного цифрового компаратора 26 появляется сигнал. Перед работой на входы второго канала n-разрядного цифрового компаратора необходимо подать с n переключателей логических уровней нуля и единицы 27 двоичный код числа 1800. Сигнал с выхода цифрового n-разрядного компаратора запрещает прохождение импульсов с импульсного датчика глубины 16 по второй жиле кабеля посредством закрытия ключа схемы блокирования 22, сбрасывает n-разрядный счетчик импульсов 24 и ЦАП 28 в исходное нулевое состояние, что приводит к снижению на первом входе схемы сравнения 30 напряжения до нуля. The pulse from its output goes to the input of the second n-bit counter of
В то же время на втором входе схемы сравнения напряжение остается максимальным. Соответственно сигнал разбаланса наибольший и, что особенно важно, имеет обратную полярность. Вследствие этого на выходе усилителя нуль-органа 31 также вырабатывается сигнал, но уже отрицательной полярности. Электродвигатель меняет вращение, быстро перемещая подвижную систему с источником быстрых нейтронов 5 и вторым детектором гамма-квантов 3 в исходное состояние. В момент перехода системы в исходное состояние срабатывает концевой выключатель 23, который сбрасывает n-разрядный счетчик импульсов 25 и цифроаналоговый преобразователь 29 в нулевое состояние и деблокирует вход n-разрядного счетчика импульсов 24 путем открытия ключа схемы 22. В момент деблокировки в схеме 22 вырабатывается сигнал, который в виде импульса, например отрицательной полярности по второй жиле кабеля передается на вход схемы фиксации начала цикла "облучение-измерение" 18. Сформированный этой схемой выходной сигнал сбрасывает n-разрядный счетчик импульсов 15 в нулевое состояние и поступает на второй вход блока экспозиции 17, управляющего работой анализатора импульсов 20. В момент поступления сигнала 0, фиксирующего начало нового цикла "облучение-измерение", деблокируется 2-ой информационный вход анализатора импульсов, и таким образом осуществляется регистрация информации от второго детектора гамма-квантов, поступающей с выхода второй регистрирующе-передающей схемы по третьей жиле кабеля. По этой же жиле осуществляется питание генератора нейтронов (источника нейтронов) постоянным напряжением 200-300 вольт. Начало регистрации информации от первого детектора гамма-квантов реализуется по приходе 1800-го импульса на n-разрядный счетчик импульсов 15. Режим измерения наведенного гамма-излучения N1 в заданном интервале исследований задается блоком экспозиции 17 посредством блокирования или деблокирования первого информационного входа анализатора импульсов. Информация N1 на вход анализатора импульсов 20 передается от первой регистрирующе-передающей схемы по первой жиле геофизического кабеля.At the same time, at the second input of the comparison circuit, the voltage remains maximum. Accordingly, the unbalance signal is greatest and, most importantly, has the opposite polarity. As a result, the output of the amplifier of the zero-
Раздельная передача импульсов глубины от импульсного датчика глубины 16 и концевого выключателя 23 по второй жиле кабеля осуществляется импульсами разной полярности или разной амплитуды. Питание генератора нейтронов 5 (источника быстрых нейтронов) и второго детектора гамма-квантов 3 осуществляется по гибкой линии связи 14 типа телефонного провода, самосжимающегося при укладке в полном устройстве 11. Редуктор скорости 9 служит для усиления тягового усилия электродвигателя и обеспечения синхронного срабатывания импульсного датчика глубины 10. Выход редуктора сочленен с микролебедкой для подъема подвижной системы 6 после цикла "облучение-измерение". Синхронный спуск системы осуществляется под действием силы тяжести и облегчается за счет применения подшипников скольжения. Separate transmission of depth pulses from the
В отличие от прототипа в предложенном устройстве управление синхронным перемещением подвижной системы осуществляется по импульсам от двух датчиков глубины, что исключает влияние на ее работу изменения омического сопротивления жил геофизического кабеля, наличие утечек или изменение реактивного сопротивления кабеля при работах на разной глубине. Благодаря этому обеспечивается более точная стабилизация положения источника в каждой точке разреза и соответственно точность определения содержаний элементов по спектральным потокам от изотопов-индикаторов и параметров перетока пластового или скважинного флюида. Unlike the prototype in the proposed device, the synchronous movement of the movable system is controlled by pulses from two depth sensors, which eliminates the influence of changes in the ohmic resistance of the wires of the geophysical cable, leaks or changes in the reactance of the cable when working at different depths. This ensures more accurate stabilization of the source position at each point of the section and, accordingly, the accuracy of determining the contents of elements from spectral fluxes from indicator isotopes and parameters of the flow of formation or well fluid.
Рассмотренная выше функциональная схема устройства для реализации способа не является единственной. При использовании геофизического кабеля большой длины (более 2-3 км) анализатор импульсов с блоком экспозиции целесообразнее разместить непосредственно в скважинном приборе. В этом случае регистрация и передача информационных сигналов по кабелю могут осуществляться в цифровой форме с обработкой ее в наземном комплексе, включающем микроЭВМ. Принцип работы такой спектрометрической системы описан, например, в статье Цифровой скважинный спектрометр, сб. Гамма-спектрометрия скважин при поисках и разведке нефти и твердых полезных ископаемых, М. ВНИИГеоинформсистем, 1987, с. 64-68. The above functional diagram of a device for implementing the method is not unique. When using a geophysical cable of large length (more than 2-3 km), a pulse analyzer with an exposure unit is more appropriate to place directly in the downhole tool. In this case, the registration and transmission of information signals via cable can be carried out in digital form with its processing in a ground-based complex, including a microcomputer. The principle of operation of such a spectrometric system is described, for example, in the article Digital Downhole Spectrometer, Sat. Gamma spectrometry of wells in the search and exploration of oil and solid minerals, M. VNIIGeoinformsistem, 1987, p. 64-68.
Возможности способа исследованы экспериментально на физических моделях с использованием макетного образца скважинного прибора с импульсным генератором нейтронов на 14 мэВ, обеспечивающего выход нейтронов на уровне 2•107 н/сек. Для регистрации естественного и наведенного гамма-излучения использовались сцинтилляционные детекторы гамма-квантов типа Nal(Tl) размером 50х150 мм в паре с ФЭУ-151.The capabilities of the method were investigated experimentally on physical models using a breadboard model of a downhole tool with a 14-meV pulsed neutron generator, providing a neutron yield of 2 • 10 7 n / s. To record the natural and induced gamma radiation, scintillation detectors of gamma quanta of the Nal (Tl) type with a size of 50x150 mm paired with a PMT-151 were used.
По результатам экспериментов установлено:
погрешность определения скорости перетока зависит от его дебита и составляет менее 10% относительных при дебите более 0,5 литра/сек,
способ обеспечивает относительную оценку дебита пластового флюида по скважинам при скорости перетока от 3-4 см/сек до 80-100 см/сек с погрешностью в пределах 5-15% относительных,
точность определения содержания элементов по наведенной и естественной радиоактивности соответствует точности, полученной в прототипе.According to the results of the experiments, it was found:
the error in determining the flow rate depends on its flow rate and is less than 10% relative at a flow rate of more than 0.5 liters / sec,
the method provides a relative estimate of the production fluid flow rate in wells at a flow rate of from 3-4 cm / s to 80-100 cm / s with an error in the range of 5-15% relative,
the accuracy of determining the content of elements from induced and natural radioactivity corresponds to the accuracy obtained in the prototype.
Однако третье положение выполняется только при условии строгой стабилизации импульсного источника быстрых нейтронов в каждом цикле измерений. При смещении источника в процессе облучения на 5 см точность количественных измерений снижается примерно на 20-30% Таким образом, предложенные способ и устройство нейтронного активационного каротажа и устройство для его реализации обеспечивают существенное расширение аналитических возможностей, повышают точность количественных определений элементов и одновременно позволяют выявлять и количественно оценивать параметры перетока пластового флюида по скважине или по заколонному пространству. Рассмотренные методические возможности способа и устройства создают реальную основу для решения важнейших прикладных задач, особенно на стадии разработки нефтяных месторождений, где необходима комплексная информация о перетоках и их параметрах, положении нефте-водонасыщенных пластов, их текущей продуктивности и т.д. However, the third position is satisfied only under the condition of strict stabilization of the pulsed source of fast neutrons in each measurement cycle. When the source is shifted by 5 cm during the irradiation process, the accuracy of quantitative measurements decreases by about 20-30%. Thus, the proposed method and device for neutron activation logging and a device for its implementation provide a significant expansion of analytical capabilities, increase the accuracy of quantitative determination of elements and at the same time make it possible to identify and quantify the parameters of formation fluid flow through a well or annular space. The methodological possibilities of the method and device considered provide a real basis for solving the most important applied problems, especially at the stage of development of oil fields, where complex information is needed on flows and their parameters, the position of oil-water saturated layers, their current productivity, etc.
Claims (2)
расположенного выше импульсного генератора нейтронов на расстоянии l 40 100 см и синхронно перемещающегося с ним, причем поток N2 f(t) измеряют между импульсами быстрых нейтронов с начальной временной задержкой после каждого импульса t 5 6 мс при суммарной экспозиции измерений в цикле t h/V, где h база свободного перемещения импульсного генератора нейтронов и второго детектора гамма-квантов, по времени нарастания и интенсивности спектрального потока от активированных ядер изотопа N-16 (N1) определяют скорость перетока пластового флюида Vф l/tф и его относительную интенсивность Qi, где l расстояние между вторым детектором гамма-квантов и импульсным генератором нейтронов, tф время вступления активированного потока N2 в область второго детектора, отсчитываемое с момента начала облучения в каждом цикле.1. The method of neutron activation logging, including discrete irradiation of rocks with a neutron flux from a pulsed neutron generator and continuous registration of induced gamma radiation (N 1 ) in the intervals of 20 to 40 cm in length of symmetrically irradiated points and subsequent determination of the content of elements by the intensity of spectral flux recorded in characteristic areas of the energy spectrum, characterized in that the irradiation is carried out cyclically with continuous movement of the downhole tool with about the optimal speed V, for which, in each cycle, the pulsed neutron generator is synchronously moved with the logging speed in the direction opposite to the movement of the downhole tool, at a distance from the gamma-ray detector l 1 t p • V then return it to its initial position at a distance from the gamma-ray detector quanta l 2 V (t p + t a), where t n and t a correspondingly calculated values and the pause activation established from the condition of registration of the induced effect i-th isotope with minimum statistical error, and additional measurements performed Ia spectral flux-16 isotope of nitrogen (N 2) induced by gamma radiation as a function of time t with the quantization step May 1 with using a second gamma detector,
located above the pulsed neutron generator at a distance of l 40 100 cm and moving synchronously with it, and the N 2 f (t) flux is measured between fast neutron pulses with an initial time delay after each pulse of t 5 6 ms with a total exposure of measurements in the th / V cycle where h base free movement pulsed neutron generator and the second detector of gamma-rays on the rise time and the intensity of the spectral flux of activated nuclei isotope N-16 (N 1) determine the rate of flow of formation fluid V f l / t p and ei relative intensity Q i, where l a distance between the second gamma ray detector and a pulsed neutron generator, t p the time of entry of the activated N 2 flow to the second detector, measured from the start of exposure in each cycle.
двухвходовый блок экспозиции и схему фиксации начала цикла облучение - измерение, вход которой подключен к второй жиле геофизического кабеля, а выход к входу "Установка нуля" n-разрядного счетчика импульсов и второму входу блока экспозиции, выход импульсного датчика глубины связан дополнительно с второй жилой геофизического кабеля и информационным входом n-разрядного счетчика импульсов, выходом подключенного к первому входу блока экспозиции, выход которого соединен с входом блокирования анализатора импульсов, снабженного вторым информационным входом, подключенного через емкость к третьей жиле геофизического кабеля, скважинный прибор дополнительно содержит второй детектор гамма-квантов, вторую регистрирующе-передающую схему, подвижную систему с редуктором скорости и микролебедкой, реверсивный электродвигатель, блок управления подвижной системой, включающей в себя импульсный датчик глубины скважинного прибора,
концевой выключатель, схему блокирования, первый и второй n-разрядные счетчики импульсов, n-разрядный цифровой компаратор, n переключателей логических уровней нуля и единицы, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, схему сравнения и усилитель нуль-орган, при этом второй детектор гамма-квантов и импульсный источник быстрых нейтронов размещены в подвижной системе, причем гамма-детектор размещен выше импульсного генератора нейтронов на расстоянии 40-100 см и посредством гибкой связи (типа телефонной) связан с входом второй регистрирующе-передающей схемы, выходом подключенной к третьей жиле геофизического кабеля, подвижная система механически связана с редуктором скорости, с микролебедкой и реверсивным электродвигателем, выход импульсного датчика глубины скважинного прибора подключен к информационному входу первого n-разрядного счетчика импульсов,
а его выход соединен шиной с входом первого цифроаналогового преобразователя, выход второго n-разрядного счетчика импульсов соединен шиной с первым входом n-разрядного цифрового компаратора и входом второго цифроаналогового преобразователя, выход n-разрядного цифрового компаратора соединен с входами "Установка нуля" второго n-разрядного счетчика импульсов и второго цифроаналогового преобразователя, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены к первому и второму входам схемы сравнения, выходом связанной с входом усилителя нуль-органа, соединенного по выходу с реверсивным электродвигателем, выходы n переключателей логических уровней нуля и единицы посредством шины подключены к второму входу n-разрядного цифрового компаратора, выход концевого выключателя связан с входом "Установка нуля" первого n-разрядного счетчика импульсов, первого цифроаналогового преобразователя и первым управляющим входом схемы блокирования,
второй управляющий вход которой подключен к выходу n-разрядного цифрового компаратора, выход схемы блокирования соединен с входом второго n-разрядного счетчика импульсов, а вход подключен к второй жиле геофизического кабеля.2. A neutron activation logging device comprising a downhole tool with a ground control panel connected by a geophysical cable, the ground control panel comprising a pulse depth sensor, a pulse analyzer, a log recorder and a power supply unit for a pulsed neutron generator, wherein the output of the pulse depth sensor is connected to a log recorder, information the input of which is connected to the output of the pulse analyzer, the first input connected to the first core of the geophysical cable, the output of the pulse power supply unit the neutron generator is connected to the third core of the geophysical cable, the downhole tool consists of a guard housing with the first gamma-ray detector located in it, connected to the input of the first recording and transmitting circuit, at the output connected to the first core of the geophysical cable, a pulsed neutron generator, separated from the first gamma detector with a protective screen, characterized in that the ground-based remote control further comprises an n-bit pulse counter,
two-input exposure unit and a fixation scheme for the beginning of the irradiation - measurement cycle, the input of which is connected to the second core of the geophysical cable, and the output to the input "Zero setting" of the n-bit pulse counter and the second input of the exposure unit, the output of the pulse depth sensor is additionally connected to the second residential geophysical cable and an information input of an n-bit pulse counter, an output connected to the first input of the exposure unit, the output of which is connected to the blocking input of a pulse analyzer equipped with a second information with an input connected through a capacitance to the third core of the geophysical cable, the downhole tool further comprises a second gamma-ray detector, a second recording and transmitting circuit, a mobile system with a speed reducer and a micro winch, a reversible electric motor, a control unit for the mobile system, including a pulse depth sensor downhole tool
limit switch, blocking circuit, first and second n-bit pulse counters, n-bit digital comparator, n logic switches of zero and one, first and second digital-to-analog converters, comparison circuit and zero-organ amplifier, while the second gamma-ray detector and a pulsed source of fast neutrons are placed in a mobile system, and a gamma detector is placed above a pulsed neutron generator at a distance of 40-100 cm and, via flexible communication (such as telephone), a second register is connected capstan-transmitting circuit connected to the third output conductor logging cable, mobile system mechanically connected to the speed reducer with the motor and the reversing mikrolebedkoy, pulsed sensor output downhole tool depth is connected to the data input of the first n-bit pulse counter,
and its output is connected by a bus to the input of the first digital-to-analog converter, the output of the second n-bit pulse counter is connected by a bus to the first input of an n-bit digital comparator and the input of the second digital-to-analog converter, the output of the n-bit digital comparator is connected to the "Zero" inputs of the second n- the pulse counter and the second digital-to-analog converter, the outputs of the first and second digital-to-analog converters are connected to the first and second inputs of the comparison circuit, the output associated with the input the house of the zero-organ amplifier connected to the reversible electric motor by the output, the outputs of n logic zero level and unit switches are connected via the bus to the second input of the n-bit digital comparator, the output of the limit switch is connected to the "Zero setting" input of the first n-bit pulse counter, the first digital-to-analog converter and the first control input of the blocking circuit,
the second control input of which is connected to the output of the n-bit digital comparator, the output of the blocking circuit is connected to the input of the second n-bit pulse counter, and the input is connected to the second core of the geophysical cable.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018200A RU2073895C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Neutron activation logging method and device for it performing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93018200A RU2073895C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Neutron activation logging method and device for it performing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93018200A RU93018200A (en) | 1996-06-20 |
| RU2073895C1 true RU2073895C1 (en) | 1997-02-20 |
Family
ID=20139951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93018200A RU2073895C1 (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Neutron activation logging method and device for it performing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2073895C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2325522C2 (en) * | 2002-12-31 | 2008-05-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Measuring of flow velocity of drill fluid by means of impulsive neutrons |
| RU2339060C2 (en) * | 2003-08-07 | 2008-11-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Retractable system of underground radioactive logging |
| RU2359118C2 (en) * | 2003-03-07 | 2009-06-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method and device for detection of presence and depth of water, extracted from layer, during drilling at decreased hydrostatic pressure in borehole |
| RU2376465C2 (en) * | 2004-06-29 | 2009-12-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Pulsed radiation method for liquid flow velosity indentification |
| RU2439622C1 (en) * | 2010-08-26 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") | Method for determining compound of hydrocarbons in reservoir beds of oil-gas wells |
| RU2572871C2 (en) * | 2010-10-04 | 2016-01-20 | Карбо Керамикс Инк. | Spectral identification of proppant at bed fracturing zones |
| EA030342B1 (en) * | 2014-08-26 | 2018-07-31 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Геотехносервис" | Method for direct interference-resistant determination of uranium content during logging by instantaneous fission neutrons |
-
1993
- 1993-04-08 RU RU93018200A patent/RU2073895C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Кузнецов Р.А. Активационный анализ.- М.: Атомиздат, 1974, с. 343. 2. Инструкция по нейтронному активаци онному каротажу.-Алма-Ата: Казфилиал ВИРГ, 1980, с. 46 - 48, 50, 128 - 131. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2325522C2 (en) * | 2002-12-31 | 2008-05-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Measuring of flow velocity of drill fluid by means of impulsive neutrons |
| RU2359118C2 (en) * | 2003-03-07 | 2009-06-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Method and device for detection of presence and depth of water, extracted from layer, during drilling at decreased hydrostatic pressure in borehole |
| US8143570B2 (en) | 2003-03-07 | 2012-03-27 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for detecting while drilling underbalanced the presence and depth of water produced from the formation |
| RU2339060C2 (en) * | 2003-08-07 | 2008-11-20 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Retractable system of underground radioactive logging |
| RU2376465C2 (en) * | 2004-06-29 | 2009-12-20 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Pulsed radiation method for liquid flow velosity indentification |
| RU2439622C1 (en) * | 2010-08-26 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ОАО НПП "ВНИИГИС") | Method for determining compound of hydrocarbons in reservoir beds of oil-gas wells |
| RU2572871C2 (en) * | 2010-10-04 | 2016-01-20 | Карбо Керамикс Инк. | Spectral identification of proppant at bed fracturing zones |
| EA030342B1 (en) * | 2014-08-26 | 2018-07-31 | Товарищество С Ограниченной Ответственностью "Геотехносервис" | Method for direct interference-resistant determination of uranium content during logging by instantaneous fission neutrons |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5440118A (en) | Methods and apparatus for determining formation lithology by gamma ray spectroscopy | |
| CA1162329A (en) | Measurement of gamma-ray energy due to inelastic neutron scattering | |
| US4152590A (en) | Simultaneous thermal neutron decay time and porosity logging system | |
| US3843881A (en) | Detection of elements by irradiating material and measuring scattered radiation at two energy levels | |
| US4233508A (en) | Water injection profiling | |
| MY100949A (en) | Logging apparatus and method for determining absolute elemental concentrations of subsurface formations. | |
| US4350887A (en) | Method of assaying uranium with prompt fission and thermal neutron borehole logging adjusted by borehole physical characteristics | |
| US3925659A (en) | Inelastic gamma ray logging system | |
| US3108188A (en) | Nuclear well logging | |
| US3767921A (en) | Well logging system with linearity control | |
| US4187908A (en) | Method for ascertaining optimum location for well stimulation and/or perforation | |
| RU2073895C1 (en) | Neutron activation logging method and device for it performing | |
| US4157469A (en) | Pulsed neutron well logging apparatus having means for determining background radiation | |
| US3752984A (en) | Methods and system for detecting subsurface minerals | |
| US3838279A (en) | Determination of borehole washout by use of inelastic neutron scattering gamma ray measurements | |
| US4208580A (en) | Lithology determination from the calcium and magnesium activation lines | |
| US4189638A (en) | Water injection profiling by nuclear logging | |
| US4446369A (en) | Method and system for radioactive assaying | |
| US3244882A (en) | Chlorine logging system using neutron capture gamma rays | |
| US3828189A (en) | Logging technique for assaying for uranium in rock formations | |
| US3928763A (en) | Measurement of subsurface formation lithology, including shaliness, using capture gamma spectroscopy | |
| US3781545A (en) | Well logging comprising detecting unstable radioactive isotopes of aluminum | |
| RU2427861C2 (en) | Procedure for simultaneous exploration by methods of radioactive logging and device for its implementation | |
| US3508052A (en) | Neutron absorption logging with thermal neutron-capture gamma rays having energies over 2.2 mev. | |
| US3621255A (en) | Two detector pulse neutron logging porosity technique |