Аппаратура импульсного нейтронного метода

    Основными конструктивными узлами генератора нейтронов являются ускорительная  трубка и источник питания высокого напряжения (рис.). Ускорительная трубка представляет собой стеклянный баллон, заполненный дейтерием (изотопом водорода ²Н).

    

    Рисунок 2. Ускорительная трубка генератора нейтронов 

      Ионизация дейтерия осуществляется  электронами, эмиссируемыми накаленным вольфрамовым катодом электроны ускоряются цилиндрическим анодом  и под действием продольного магнитного поля, образованного катушкой, перемещаются вдоль него по спиральным траекториям. Высоковольтный электрод, в котором расположена мишень, питается  переменным синусоидальным напряжением с вторичной обмотки высоковольтного трансформатора Тр. При отрицательном потенциале на электроде электроны, не доходя до конца цилиндрического анода, отражаются и таким образом совершают внутри цилиндра колебательные движения, ионизирующие дейтерий. В это же время образовавшиеся положительно заряженные дейтроны ускоряются и, бомбардируя мишень 6 из циркония или титана, насыщенных тритием, генерируют нейтроны с энергией до 14 МэВ.

    Расход  дейтерия в ускорительной трубке восполняется с помощью натекателя, который представляет собой спираль из титановой проволоки, насыщенной дейтерием. При работе генератора натекатель нагревается током, и сорбированный дейтерий выходит из него в объем трубки.

    Генератор нейтронов может работать в непрерывном  и импульсном режимах. Импульсный режим  работы осуществляется подачей положительного потенциала. На цилиндрический анод подается переменное напряжение в виде прямоугольных  импульсов требуемой длительности от специального генератора, синхронизированного  с высоковольтным трансформатором Тр. Имеются и другие конструкции генераторов нейтронов.

    Существуют  два варианта скважинных измерений  ИННК – непрерывная запись и запись по  точкам.

    При точечной записи ИННК получают более  точные значения среднего времени жизни  тепловых нейтронов а пласте. Его  определяют по графикам спада плотности  тепловых нейтронов в эталонных  скважинах.

    Точки замеров выбираются по дифференциациальным кривым ИННК (при фиксированном окне и на различных задержках). Расстояния между точками измерений в однородных нефтеносных пластах большей мощности должны быть 0,6-0,8 м, в литологически неоднородных пластах малой мощности 0,4-0,5 м, в водоносных пластах 0,8-1,0 м. Время замера в каждой точке должно обеспечивать скорость счета в интегральном канале (10⁵-10⁶) импульсов.

    Среднее время жизни тепловых нейтронов  в пласте можно определить и по непрерывным кривым ИННК, записанным при различном фиксированном  временном окне, хотя погрешность  измерений в этом случае больше.

    При выборе времени задержки и временного окна должно соблюдаться условие  τ > τ_n > τ_з.

    С целью уменьшения статистических погрешностей измерения при записи кривых ИННК в нефтяных и газовых скважинах  ограничиваются задержками    τ_з=1000 – 1200 мкс.

    С увеличением временного окна ∆τ_з при выбранной задержке повышается скорость счета в канале, а следовательно, уменьшается погрешности измерений. Учитывая диапазон измерения в продуктивных пластах, ∆τ для газоносных пластов следует брать больше, чем для нефтеносных пластов. Обычно при изучении продуктивных пластов принимают  ∆τ_з=200 мкс.

    Масштабы  записи кривых ИННК выбираются таким, чтобы в исследуемом интервале  разреза скважины была максимальная дифференциация пластов в пределах ширины диаграммной ленты.

    В методе ИННК, как и в других методах  радиометрии скважин, от скорости записи V и постоянной интегрирования  τ_я зависит статистическая точность измерений и влияние на форму кривых инерционности аппаратуры, поэтому при выборе этих величин руководствуются теми же требованиями, что и при проведении гамма-метода. Обычно в практике ИННК V=100-120 м/ч при τ_я =12 с.

    Наиболее  близкие к истинным значениям  исследуемых пород коэффициент  диффузии D и среднее время жизни нейтронов τ_n получают при достаточно больших временах задержки τ_з и при условии (время жизни тепловых нейтронов в пласте и скважине), когда характер связи n=f(τ) перестает зависеть от параметров скважины. В первый момент после действия импульса быстрых нейтронов в скважине плотность тепловых нейтронов в ней становится выше, чем в пласте, следовательно, диффузия нейтронов направлена преимущественно из скважины в пласт. В следующий момент времени тепловых нейтронов быстрее поглощаются в скважине, так как .

    Затем наступает момент, когда плотность  тепловых нейтронов в пласте становиться  выше, чем в скважине, и тепловые нейтроны диффундируют, наоборот, в  скважину. Регистрируемая плотность  тепловых нейтронов в этот момент времени будет пропорциональна  плотности нейтронов в горной породе, т.е. будет отражать нейтронные характеристики исследуемых пластов.

 

    3.5 Аппаратура ИНГК

    3.5.1 Скважинный прибор ПУ-10 

    Комплект  аппаратуры включает:

• устройство управления и контроля ПУ-10;
• скважинный прибор, помещенный в прочный корпус.

    Скважинный прибор содержит:

• импульсный генератор нейтронов;
• блок регистрации с различным набором детекторов, в зависимости от типа и назначения аппаратуры, и блоком цифровой телеметрии.

    В комплект поставки АИНК включено программное  обеспечение, запасной блок импульсного  генератора нейтронов, необходимый  набор инструмента и принадлежностей, а также техническое описание и альбом электрических схем. По требованию заказчика комплектация может быть расширена.

    Аппаратура  имеет системы методологического, метрологического, программного обеспечения  для обработки данных каротажа.

    Аппаратура  предназначена для эксплуатации в составе каротажного комплекса, включающего каротажную станцию  и грузонесущий одножильный геофизический  кабель длиной до 7 км.

    Срок  службы аппаратуры при условии замены выработавших свой ресурс генераторов  нейтронов - 5 лет.

    Применение  в аппаратуре генераторов нейтронов  вместо изотопных источников существенно  снижает риск радиационной опасности  как при работе на скважине, так  и при проведении калибровочных  измерений.

    Конструкция аппаратуры допускает смену генератора нейтронов в полевых условиях.

    АИНК  комплектуется универсальным для  всех типов скважинной аппаратуры устройством  управления и контроля ПУ-10, которое  обеспечивает взаимодействие скважинного  прибора с системами каротажного  комплекса - бортовым компьютером, источником питания, датчиками глубины и  магнитных меток.

    Основные  технические характеристики ПУ-10

      

      

    3.5.2 Скважинный прибор АИНК-43 

    Область применения: обсаженные, а также оснащенные насосно-компрессорным оборудованием нефтяные и газовые скважины.

    Методы  каротажа, реализуемые АИНК: импульсный нейтронный каротаж с регистрацией тепловых нейтронов.

    В результате измерений и обработки  данных получают:

• макроскопическое сечение поглощения тепловых нейтронов горных пород;
• водородосодержание горных пород в единицах водонасыщенной пористости.

    Диапазон  измерения макроскопического сечения  поглощения тепловых нейтронов от 7,4·10^-3 до 30·10^-3 см^-1.

    Диапазон  измерения водонасыщенной пористости горных пород от 1 до 36 % абс. 

    Основные  технические характеристики АИНК-43 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Заключение 

   Ядерно-геофизические методы разведки являются средством анализа горных пород и руд в широком смысле этого слова, их помощью можно определять вещественный состав горных пород и полезных ископаемых, а также такие свойства, как плотность, влажность, пористость и некоторые другие. Ядерно-физические методы применяют при поисках и разведке самых различных полезных ископаемых. По своей сути и по занимаемому положению они являются частью геофизических методов разведки и органически входят в геологоразведочное производство. Ядерно-геофизические методы разведки основаны на использовании излучений естественных и искусственных радиоактивных элементов. Методы изучения естественной радиоактивности - радиометрия - исторически развивались обособленно и в настоящее время разработаны более детально, чем методы искусственной радиоактивности. Обычно под ядерно-геофизической разведкой снимают методы, основанные на использовании искусственных источников ионизирующих излучений.

   Существует несколько десятков ядерно-геофизических методов, но практическое применение нашли не все. Они условно делятся на две группы: γ-методы, основанные на использовании источников γ-излучения и изучении γ-полей, и нейтронные методы, в которых изучают поля нейтронов или связанное с нейтронным полем γ-излучения. Ядерно-геофизические методы в настоящее время широко применяются при разведке угольных, нефтяных и рудных месторождений.

   Особо следует отметить эффективное применение ядерно-геофизических методов опробования на рудниках черных и цветных металлов.

   Ядерно-физические методы дают возможность изучать  химический состав нерадиоактивных  руд и пород в обнажениях, горных выработках, скважинах или в отбитой  массе с высокой точностью, не уступающей сложным лабораторным химическим анализам