RU2624996C1

RU2624996C1 - Downhole device for measurement of neutron porosity

Info

Publication number: RU2624996C1
Application number: RU2016122078A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Амурский; Евгений Петрович Боголюбов; Александр Павлович Кошелев; Виталий Иванович Микеров; Дмитрий Игоревич Юрков
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2017-07-11

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device contains a cylindrical protective housing, inside of which a fast neutron source, a protective screen, a near and far detector of thermal neutrons are sequentially placed along its axis. Far thermal neutrons detector is located at a greater distance from fast neutrons source than near thermal neutrons detector. As a fast neutrons source, a 2.5-MeV neutron generator is used. The distance between 2.5-MeV neutron generator and near thermal neutrons detector does not exceed 15 centimeters, and the distance between 2.5-MeV neutron generator and far thermal neutrons detector is at least 35 centimeters.

EFFECT: increasing the accuracy of neutron porosity measurements due to emission of neutrons into the rock formation with energy substantially lower than the energy of neutrons emitted by AmBe source.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизических исследований параметров геологических пластов методом компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа и может быть использовано в скважинных устройствах, предназначенных для измерения нейтронной пористости пластов горных пород в скважинах.The invention relates to the field of geophysical studies of parameters of geological formations by the method of compensated neutron-neutron logging and can be used in downhole devices designed to measure the neutron porosity of rock formations in wells.

Известны скважинные устройства для определения сечения поглощения и пористости, снабженные нейтронными мониторами (Патент US 7365307, G01V 5/1, 29.04.2008).Known downhole devices for determining the cross-section of absorption and porosity, equipped with neutron monitors (Patent US 7365307, G01V 5/1, 04/29/2008).

Устройства включают в себя: импульсный источник нейтронов; нейтронный монитор, расположенный рядом с источником нейтронов, гамма-детектор, расположенный от источника нейтронов на расстоянии примерно 8-40 дюймов; защитный экран между гамма-детектором и нейтронным источником; детектор эпитепловых нейтронов, расположенный между источником нейтронов и гамма-детектором на расстоянии 9-14 дюймов от нейтронного источника; детектор тепловых нейтронов, расположенный рядом с детектором эпитепловых нейтронов; дополнительно один и более детекторов эпитепловых и тепловых нейтронов, расположенных от нейтронного источника на большем расстоянии, чем расстояние между гамма-детектором и нейтронным источником, причем расстояние между дополнительными детекторами эпитепловых и тепловых нейтронов и нейтронным источником составляет 24 или более дюймов.Devices include: a pulsed neutron source; a neutron monitor located next to a neutron source, a gamma detector located from a neutron source at a distance of about 8-40 inches; a protective screen between the gamma detector and the neutron source; an epithermal neutron detector located between the neutron source and the gamma detector at a distance of 9-14 inches from the neutron source; a thermal neutron detector located adjacent to an epithermal neutron detector; in addition, one or more epithermal and thermal neutron detectors located at a greater distance from the neutron source than the distance between the gamma detector and the neutron source, and the distance between the additional epithermal and thermal neutron detectors and the neutron source is 24 or more inches.

Недостатком устройств является сравнительно большая погрешность измерения пористости, являющаяся следствием высокой статистической погрешности измерений, обусловленной импульсным характером излучения и не оптимальным расстоянием между нейтронным источником и ближайшим к нему детектору тепловых нейтронов.The disadvantage of the devices is the relatively large error in the measurement of porosity, which is a consequence of the high statistical error of the measurements, due to the pulsed nature of the radiation and not the optimal distance between the neutron source and the nearest thermal neutron detector.

Известно скважинное устройство для определения нейтронной пористости, характеризующееся повышенной точностью и уменьшением литологических эффектов (Заявка на патент США 2011/0260044 А1, G01V 5/10, 27.10.2011).Known downhole device for determining neutron porosity, characterized by increased accuracy and a decrease in lithological effects (Application for US patent 2011/0260044 A1, G01V 5/10, 10/27/2011).

Устройство включает в себя: импульсный генератор 14 МэВ нейтронов; нейтронный монитор; первый и второй нейтронные детекторы и схему обработки данных. Причем, первый нейтронный детектор, или второй нейтронный детектор, или оба нейтронных детектора расположены от импульсного генератора на расстоянии, обеспечивающем минимальное влияние литологии.The device includes: a pulse generator of 14 MeV neutrons; neutron monitor; first and second neutron detectors and a data processing circuit. Moreover, the first neutron detector, or the second neutron detector, or both neutron detectors are located from the pulsed generator at a distance that ensures minimal lithology influence.

Недостатком устройства является отсутствие данных о расстояниях между импульсным генератором 14 МэВ нейтронов и нейтронными детекторами, обеспечивающих повышение точности измерения нейтронной пористости.The disadvantage of this device is the lack of data on the distances between the pulsed generator of 14 MeV neutrons and neutron detectors, providing improved measurement accuracy of neutron porosity.

Известно устройство, снабженное нейтронным генератором, для измерения нейтронной пористости, обладающее высокой чувствительностью к пористости (Патент US 8759750, G01V 5/10, 24.06.2014).A known device equipped with a neutron generator for measuring neutron porosity, having a high sensitivity to porosity (Patent US 8759750, G01V 5/10, 06/24/2014).

Устройство включает в себя: источник быстрых нейтронов; ближний нейтронный детектор и дальний нейтронный детектор, расположенный на большем расстоянии от нейтронного источника, чем ближний нейтронный детектор. Источник быстрых нейтронов выполнен в виде электронного генератора нейтронов, электронный генератор нейтронов является генератором 14 МэВ нейтронов. Излучаемые в горную породу нейтроны имеют энергию выше энергии нейтронов, излучаемых AmBe источником. Ближний нейтронный детектор является детектором тепловых нейтронов; детектор тепловых нейтронов содержит ³Не, активная область детектора тепловых нейтронов, ближайшего к электронному генератору нейтронов, располагается от него на расстояниях менее примерно 7, или 9, или 10 дюймов, активная область детектора тепловых нейтронов, дальнего по отношению к электронному генератору нейтронов, располагается от него на расстоянии более 15 дюймов, между детектором тепловых нейтронов и электронным нейтронным генератором установлен экран. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.The device includes: a source of fast neutrons; a near neutron detector and a distant neutron detector located at a greater distance from the neutron source than the near neutron detector. The fast neutron source is made in the form of an electronic neutron generator, the electronic neutron generator is a 14 MeV neutron generator. The neutrons emitted into the rock have an energy higher than the neutron energy emitted by the AmBe source. The near neutron detector is a thermal neutron detector; the thermal neutron detector contains ³ He, the active region of the thermal neutron detector closest to the electronic neutron generator is located at distances less than about 7, or 9, or 10 inches from it, the active region of the thermal neutron detector farthest from the electronic neutron generator is more than 15 inches from it, a screen is installed between the thermal neutron detector and the electronic neutron generator. This technical solution was made as a prototype.

Недостатком прототипа является сравнительно высокая погрешность измерения нейтронной пористости, обусловленная применением источника быстрых нейтронов, излучающего в горную породу нейтроны с энергией выше энергии нейтронов, излучаемых AmBe источником.The disadvantage of the prototype is the relatively high error in the measurement of neutron porosity due to the use of a fast neutron source that emits neutrons into the rock with energies higher than the neutron energy emitted by the AmBe source.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения нейтронной пористости за счет применения источника быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов, излучающего в горную породу нейтроны с энергией существенно ниже энергии нейтронов, излучаемых AmBe источником.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring neutron porosity through the use of a fast neutron source in the form of a 2.5 MeV neutron generator emitting neutrons into the rock with energies significantly lower than the neutron energy emitted by the AmBe source.

Технический результат достигается тем, что в скважинном устройстве для измерения нейтронной пористости, содержащем цилиндрический охранный корпус, внутри которого последовательно вдоль его оси размещены источник быстрых нейтронов, защитный экран, ближний и дальний детекторы тепловых нейтронов, дальний детектор тепловых нейтронов расположен на большем расстоянии от источника быстрых нейтронов, чем ближний детектор тепловых нейтронов, в качестве источника быстрых нейтронов применяется генератор 2,5 МэВ нейтронов, расстояние между генератором 2,5 МэВ нейтронов и ближним детектором тепловых нейтронов не превышает 15 см, а расстояние между генератором 2,5 МэВ нейтронов и дальним детектором тепловых нейтронов составляет не менее 35 см.The technical result is achieved by the fact that in a downhole neutron porosity measuring device comprising a cylindrical guard body, inside which a fast neutron source, a protective shield, a near and far thermal neutron detector, a distant thermal neutron detector are located at a greater distance from the source fast neutrons than the near thermal neutron detector, a 2.5 MeV neutron generator is used as a source of fast neutrons, the distance between the gene Rathore 2.5 MeV neutrons and the proximal detector of thermal neutrons not exceed 15 cm, and the distance between the generator of 2.5 MeV neutrons and the distal detector of thermal neutrons is at least 35 cm.

На фиг. 1 схематично представлены основные части известных скважинных устройств, в том числе прототипа, применяемых в настоящее время для измерения нейтронной пористости W горной породы методом компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа, где:In FIG. 1 schematically presents the main parts of well-known downhole devices, including the prototype, currently used to measure the neutron porosity W of the rock by the method of compensated neutron-neutron logging, where:

1 - цилиндрический охранный корпус;1 - cylindrical security case;

2 - источник быстрых нейтронов;2 - source of fast neutrons;

3 - защитный экран;3 - a protective screen;

4 - ближний детектор тепловых нейтронов;4 - near thermal neutron detector;

5 - дальний детектор тепловых нейтронов;5 - distant thermal neutron detector;

L₁ - расстояние между источником быстрых нейтронов 2 и ближним детектором 4 тепловых нейтронов;L ₁ is the distance between the source of fast neutrons 2 and the near detector 4 of thermal neutrons;

L₂ - расстояние между источником быстрых нейтронов 2 и дальним детектором 5 тепловых нейтронов.L ₂ is the distance between the source of fast neutrons 2 and the distant detector 5 of thermal neutrons.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 2-4.The invention is illustrated in FIG. 2-4.

На фиг. 2 и 3 представлены результаты расчета, выполненные авторами и обосновывающие выбранное техническое решение.In FIG. Figures 2 and 3 show the calculation results performed by the authors and substantiating the selected technical solution.

На фиг. 2 в качестве примера представлены зависимости погрешности измерения пористости от расстояния между источником 2 быстрых нейтронов и дальним детектором 5 тепловых нейтронов ΔW(L₂) для скважинного устройства с источником 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов с потоком 1⋅10⁶ н/с для значений, изменяющихся в диапазоне от 0% до 40% с шагом 5% (направление увеличения W показано стрелкой), при систематической погрешности измерений, равной 2% и L₁=15 см, где:In FIG. Figure 2 shows, as an example, the dependence of the porosity measurement error on the distance between the source of 2 fast neutrons and the distant thermal neutron detector 5 ΔW (L ₂ ) for a downhole device with a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator with a flux of 1 × 10 ⁶ n / s for values ranging from 0% to 40% in increments of 5% (the direction of increase in W is shown by an arrow), with a systematic measurement error of 2% and L ₁ = 15 cm, where:

6 - изменение положения минимума зависимости ΔW(L₂) при изменении W в диапазоне от 0% до 40%.6 - a change in the position of the minimum of the dependence ΔW (L ₂ ) with a change in W in the range from 0% to 40%.

На фиг. 3 показаны зависимости ΔW(W), полученные для скважинных устройств с источником 2 быстрых нейтронов в виде генераторов 2,5 МэВ и 14 МэВ нейтронов, а также для AmBe источника при L₁=15 см и L₂, оптимизированном для каждого вида источника 2 быстрых нейтронов, и прочих равных условиях, где:In FIG. Figure 3 shows the dependences ΔW (W) obtained for downhole devices with a source of 2 fast neutrons in the form of 2.5 MeV and 14 MeV neutron generators, as well as for an AmBe source with L ₁ = 15 cm and L ₂ optimized for each type of source 2 fast neutrons, and other things being equal, where:

7 - допустимая погрешность измерения W, определяемая в соответствии с требованиями действующей инструкции по проведению нейтрон-нейтронного каротажа (Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. РД 153-39.0-072-01. Москва, 2001);7 - permissible measurement error W, determined in accordance with the requirements of the current instructions for neutron-neutron logging (Technical Instructions for conducting geophysical surveys and work with cable instruments in oil and gas wells. RD 153-39.0-072-01. Moscow, 2001 );

8 - погрешность измерения нейтронной пористости для источника 2 быстрых нейтронов в виде генератора 14 МэВ нейтронов;8 - measurement error of neutron porosity for a source of 2 fast neutrons in the form of a generator of 14 MeV neutrons;

9 - погрешность измерения нейтронной пористости для источника 2 быстрых нейтронов в виде AmBe источника;9 - measurement error of neutron porosity for a source of 2 fast neutrons in the form of an AmBe source;

10 - погрешность измерения нейтронной пористости для источника 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов.10 - measurement error of neutron porosity for a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator.

На фиг. 4 схематично показаны состав и взаимное расположение элементов конструкции скважинного устройства согласно заявляемому техническому решению с источником 2 быстрых нейтронов, выполненным в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов.In FIG. 4 schematically shows the composition and relative position of the structural elements of the downhole device according to the claimed technical solution with a source of 2 fast neutrons, made in the form of a 2.5 MeV neutron generator.

Приведенные на фиг. 2 и 3 результаты расчетов получены при условии, что систематическая погрешность измерений XV составляет 2%. Указанное значение соответствует изменению чувствительности ³Не детекторов тепловых нейтронов при изменении температуры окружающей среды на 50°C и по сути является оценкой минимальной ее величины. Практически температура в скважине может существенно превышать 100°C, а также существует целый набор факторов, приводящих к ее увеличению.Referring to FIG. 2 and 3, the calculation results are obtained provided that the systematic error of the XV measurements is 2%. The indicated value corresponds to a change in the sensitivity of ³ He detectors of thermal neutrons when the ambient temperature changes by 50 ° C and, in fact, is an estimate of its minimum value. In practice, the temperature in the well can significantly exceed 100 ° C, and there is also a whole set of factors leading to its increase.

Погрешность измерения W при использовании определенного источника 2 быстрых нейтронов зависит от расстояний от источника 2 быстрых нейтронов до ближнего детектора 4 тепловых нейтронов L₁ и дальнего детектора 5 тепловых нейтронов L₂.The measurement error of W when using a specific source of 2 fast neutrons depends on the distances from the source of 2 fast neutrons to the near detector 4 of thermal neutrons L ₁ and the far detector 5 of thermal neutrons L ₂ .

Оптимальные значения L₁ и L₂, соответствующие минимальным значениям погрешности измерения нейтронной пористости ΔW, зависят от энергии нейтронов, излучаемых источником 2 быстрых нейтронов.The optimal values of L ₁ and L ₂ , corresponding to the minimum values of the measurement error of the neutron porosity ΔW, depend on the neutron energy emitted by the source of 2 fast neutrons.

Расчеты показывают, что для источника 2 быстрых нейтронов в виде генераторов 2,5 МэВ и 14 МэВ нейтронов, а также для AmBe источника погрешность измерения нейтронной пористости ΔW в интервале L₁=(0, 15) см изменяется незначительно, несколько увеличиваясь при увеличении L₁.Calculations show that for a source of 2 fast neutrons in the form of 2.5 MeV and 14 MeV neutron generators, as well as for an AmBe source, the error in measuring the neutron porosity ΔW in the interval L ₁ = (0, 15) cm varies slightly, increasing slightly with increasing L ₁ .

Диапазон L₁=(0, 15) см дает возможность размещения защитного экрана 3 длиной, необходимой для уменьшения вклада фоновых излучений до приемлемого уровня в самых различных случаях практического применения скважинного устройства.The range L ₁ = (0, 15) cm makes it possible to place a protective shield 3 with the length necessary to reduce the contribution of background radiation to an acceptable level in a wide variety of practical applications of the downhole device.

Зависимость ΔW(L₂) (фиг. 2) имеет ярко выраженный минимум для высокой пористости, соответствующий L₂=35 см, и широкий диапазон значений, близких к минимальному значению погрешности, для низкой (менее ≈10%) пористости. Штриховая линия 6 на фиг. 2 показывает, что оптимальное расстояние L₂ увеличивается с уменьшением W. В соответствии с фиг. 2 при уменьшении W от 40% до 5% оптимальное расстояние L₂ увеличивается с 35 см до примерно 60 см. При этом погрешность измерения нейтронной пористости постоянно уменьшается при уменьшении W.The dependence ΔW (L ₂ ) (Fig. 2) has a pronounced minimum for high porosity, corresponding to L ₂ = 35 cm, and a wide range of values close to the minimum error value for low (less than ≈10%) porosity. The dashed line 6 in FIG. 2 shows that the optimal distance L ₂ increases with decreasing W. In accordance with FIG. 2 with a decrease in W from 40% to 5%, the optimal distance L ₂ increases from 35 cm to about 60 cm. In this case, the error in measuring neutron porosity constantly decreases with decreasing W.

Это означает, что скважинное устройство с источником 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов, в котором ближний детектор 4 тепловых нейтронов расположен на расстоянии L₁, не превышающем 15 см, а дальний детектор 5 тепловых нейтронов на расстоянии L₂, составляющем не менее 35 см, может использоваться во всем диапазоне изменения W<40% без существенной потери точности при низкой пористости.This means that the downhole device with a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator, in which the nearby thermal neutron detector 4 is located at a distance L ₁ not exceeding 15 cm, and the distant thermal neutron detector 5 at a distance L _{2 of} not less than 35 cm, can be used over the entire range of W <40% without significant loss of accuracy at low porosity.

При увеличении систематической составляющей погрешности измерений W скважинным устройством с источником 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов с 2% до 6%, т.е. на 300%, минимальное значение погрешности ΔW возрастает примерно на 86%. При этом оптимальное расстояние L₂ возрастает примерно на 20%.With an increase in the systematic component of the measurement error W by a downhole device with a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator from 2% to 6%, i.e. 300%, the minimum value of the error ΔW increases by approximately 86%. In this case, the optimal distance L ₂ increases by about 20%.

При W<10% значения ΔW для скважинных устройств с различными источниками 2 быстрых нейтронов (зависимости 8-10 на фиг. 3) практически совпадают и лежат значительно ниже зависимости 7 для допустимой погрешности измерения нейтронной пористости.For W <10%, the ΔW values for downhole devices with different sources of 2 fast neutrons (dependences 8–10 in Fig. 3) practically coincide and lie significantly lower than dependency 7 for the permissible error in measuring neutron porosity.

При W>10% зависимости 8-10 значительно расходятся. При этом погрешность измерения пористости скважинным устройством с источником 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов (зависимость 10) существенно меньше погрешности для скважинных устройств, оснащенных генератором 14 МэВ нейтронов (зависимость 8) или AmBe источником (зависимость 9). Это объясняется более высоким сечением рассеяния на водороде 2,5 МэВ нейтронов по сравнению с быстрыми нейтронами, излучаемых генератором 14 МэВ нейтронов или AmBe источником.For W> 10%, the dependences of 8–10 diverge significantly. In this case, the error in measuring porosity by a downhole device with a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator (dependence 10) is significantly less than the error for downhole devices equipped with a 14 MeV neutron generator (dependence 8) or an AmBe source (dependence 9). This is explained by a higher hydrogen scattering cross section of 2.5 MeV neutrons compared to fast neutrons emitted by a 14 MeV neutron generator or an AmBe source.

Таким образом, при нейтронной пористости W>10% скважинное устройство, содержащее источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов и ближний детектор 4 тепловых нейтронов, расположенный от источника 2 быстрых нейтронов на расстоянии L₁, не превышающем 15 см, а дальний детектор 5 тепловых нейтронов на расстоянии L₂, составляющем не менее 35 см, обеспечивает существенно меньшее значение погрешности измерения нейтронной пористости по сравнению со скважинными устройствами, содержащими источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 14 МэВ нейтронов или AmBe источника и находящийся от ближнего детектора 4 тепловых нейтронов на расстоянии L₁, не превышающем 15 см, и от дальнего детектора 5 тепловых нейтронов на расстоянии L₂, соответствующем минимальной погрешности измерений.Thus, at a neutron porosity of W> 10%, a downhole device containing a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator and a close thermal neutron detector 4 located from a source of 2 fast neutrons at a distance L ₁ not exceeding 15 cm, and distant thermal neutron detector 5 at a distance L _{2 of} at least 35 cm provides a significantly lower value of the neutron porosity measurement error compared to downhole devices containing a source of 2 fast neutrons in the form of a generator 14 MeV neutrons or AmBe source and located from the near detector 4 thermal neutrons at a distance L ₁ not exceeding 15 cm, and from the far detector 5 thermal neutrons at a distance L ₂ corresponding to the minimum measurement error.

При нейтронной пористости W<10% различие погрешностей измерения нейтронной пористости (зависимостей 8-10) для скважинных устройств, содержащих источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов или генератора 14 МэВ нейтронов, или AmBe источника, не имеет практического значения.For neutron porosity W <10%, the difference in the errors in measuring neutron porosity (dependences 8–10) for downhole devices containing a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator or a 14 MeV neutron generator, or an AmBe source, has no practical value.

Скважинное устройство согласно заявляемому техническому решению (фиг. 4) содержит цилиндрический охранный корпус 1, внутри которого последовательно вдоль его оси размещены источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов, защитный экран 3, ближний детектор 4 тепловых нейтронов, дальний детектор 5 тепловых нейтронов, дальний детектор 5 тепловых нейтронов расположен на большем расстоянии от генератора 2,5 МэВ нейтронов, чем ближний детектор 4 тепловых нейтронов.The downhole device according to the claimed technical solution (Fig. 4) contains a cylindrical guard body 1, inside of which a fast neutron source 2 in the form of a 2.5 MeV neutron generator, a protective shield 3, a close thermal neutron detector 4, a distant detector 5 are sequentially placed along its axis thermal neutrons, the distant thermal neutron detector 5 is located at a greater distance from the 2.5 MeV neutron generator than the nearest thermal neutron detector 4.

Цилиндрический охранный корпус 1, источник быстрых нейтронов 2, защитный экран 3, ближний 4 и дальний 5 детекторы тепловых нейтронов делают по возможности соосными. Но устройство будет работоспособным и в случае, когда вышеуказанные элементы конструкции несоосны.The cylindrical guard case 1, the source of fast neutrons 2, the shield 3, the middle 4 and the far 5 thermal neutron detectors are made as coaxial as possible. But the device will be workable in the case when the above structural elements are not aligned.

Цилиндрический охранный корпус 1 выполняется из стали толщиной около нескольких миллиметров.The cylindrical security case 1 is made of steel with a thickness of about several millimeters.

Источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов служит для облучения горной породы быстрыми нейтронами и работает в режиме непрерывного излучения. Генерация быстрых нейтронов с энергией 2,5 МэВ осуществляется за счет реакции синтеза, протекающей в нейтронной трубке генератора 2,5 МэВ нейтронов.A source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator is used to irradiate rocks with fast neutrons and operates in continuous radiation mode. The generation of fast neutrons with an energy of 2.5 MeV is carried out due to the fusion reaction occurring in the neutron tube of the 2.5 MeV neutron generator.

Между источником 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов и ближним детектором 4 тепловых нейтронов установлен защитный экран 3, который служит для уменьшения потока быстрых нейтронов, излучаемых генератором 2,5 МэВ нейтронов на ближний детектор 4 тепловых нейтронов, а также предотвращения потока тепловых нейтронов вдоль оси скважинного устройства со стороны генератора 2,5 МэВ нейтронов.A protective shield 3 is installed between the fast neutron source 2 in the form of a 2.5 MeV neutron generator and the nearby thermal neutron detector 4, which serves to reduce the fast neutron flux emitted by the 2.5 MeV neutron generator to the nearby thermal neutron detector 4, as well as to prevent the flux thermal neutrons along the axis of the downhole device from the side of the 2.5 MeV neutron generator.

Как правило, защитный экран 3 выполняют из вещества, одновременно замедляющего быстрые нейтроны и поглощающего тепловые нейтроны. Защитный экран 3 может содержать боросодержащий полиэтилен или капролон, окруженный слоем кадмия толщиной около 1 мм. Для эффективного уменьшения потока быстрых нейтронов, излучаемых генератором 2,5 МэВ нейтронов на ближний детектор 4 тепловых нейтронов, и одновременно сохранения достаточно высокого потока тепловых нейтронов на ближний 4 детектор тепловых нейтронов длина защитного экрана 3 не превышает 15 см.As a rule, the protective shield 3 is made of a substance that simultaneously slows down fast neutrons and absorbs thermal neutrons. The shield 3 may comprise boron-containing polyethylene or caprolon surrounded by a cadmium layer about 1 mm thick. To effectively reduce the fast neutron flux emitted by the 2.5 MeV neutron generator to the nearby thermal neutron detector 4, and at the same time maintain a sufficiently high thermal neutron flux to the nearby 4 thermal neutron detector, the length of the protective shield 3 does not exceed 15 cm.

Ближний детектор 4 и дальний детектор 5 тепловых нейтронов служат для регистрации тепловых нейтронов, образовавшихся в горной породе в результате рассеяния в ней быстрых нейтронов, излучаемых генератором 2,5 МэВ нейтронов. В качестве датчика в ближнем детекторе 4 и дальнем детекторе 5 тепловых нейтронов часто используются пропорциональные счетчики, заполненные ³Не, длина которых обычно составляет от 8 см до 15 см, а диаметр около 30 мм.The near detector 4 and the far detector 5 of thermal neutrons are used to detect thermal neutrons formed in the rock as a result of scattering of fast neutrons emitted by a 2.5 MeV neutron generator. As a sensor in the near detector 4 and the distant thermal neutron detector 5, proportional counters filled with ³ He are often used, the length of which is usually from 8 cm to 15 cm and a diameter of about 30 mm.

Ближний детектор 4 и дальний детектор 5 тепловых нейтронов располагаются по отношению к генератору 2,5 МэВ нейтронов на расстояниях L₁<15 см и L₂>35 см.The near detector 4 and the far detector 5 of thermal neutrons are located with respect to the 2.5 MeV neutron generator at distances L ₁ <15 cm and L ₂ > 35 cm.

Работа скважинного устройства осуществляется следующим образом.The operation of the downhole device is as follows.

От наземной аппаратуры (на фиг. 4 не показана) на электронные узлы (на фиг. 4 не показаны), входящих в состав скважинного устройства, подается питание. С помощью наземной аппаратуры (на фиг. 4 не показана) программируется работа скважинного устройства.Power is supplied from the ground equipment (not shown in FIG. 4) to the electronic nodes (not shown in FIG. 4) that are part of the downhole device. Using ground equipment (not shown in FIG. 4), the operation of the downhole device is programmed.

Скважинное устройство, находящееся в охранном корпусе 1, помещают в скважину и перемещают вдоль ее стенки. Быстрые нейтроны выходят из источника 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов, частично попадают в защитный экран 3, проходят через стенки охранного корпуса 1, попадают в воду, заполняющую скважину, и горную породу, окружающую скважину.The downhole device located in the security housing 1 is placed in the well and moved along its wall. Fast neutrons leave the source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator, partially fall into the protective shield 3, pass through the walls of the guard building 1, fall into the water filling the well, and the rock surrounding the well.

В среде, окружающей источник 2 быстрых нейтронов в виде генератора 2,5 МэВ нейтронов, быстрые нейтроны постепенно замедляются, становясь тепловыми нейтронами. Поток тепловых нейтронов в горной породе зависит от расстояния до генератора 2,5 МэВ нейтронов и от нейтронной пористости W горной породы.In a medium surrounding a source of 2 fast neutrons in the form of a 2.5 MeV neutron generator, fast neutrons gradually slow down, becoming thermal neutrons. The thermal neutron flux in the rock depends on the distance to the 2.5 MeV neutron generator and on the neutron porosity W of the rock.

Защитный экран 3 уменьшает поток быстрых нейтронов генератора 2,5 МэВ нейтронов на ближний детектор 4 тепловых нейтронов, подавляя таким образом фоновый сигнал, связанный с работой генератора 2,5 МэВ нейтронов, а также поглощает тепловые нейтроны, распространяющиеся вдоль оси скважинного устройства со стороны генератора 2,5 МэВ нейтронов.The shield 3 reduces the fast neutron flux of the 2.5 MeV neutron generator to the nearby thermal neutron detector 4, thus suppressing the background signal associated with the operation of the 2.5 MeV neutron generator, and also absorbs thermal neutrons propagating along the axis of the downhole device from the generator 2.5 MeV neutrons.

Образующиеся вокруг скважины тепловые нейтроны частично попадают на ближний детектор 4 и дальний детектор 5 тепловых нейтронов и регистрируются ими.The thermal neutrons generated around the well partially pass to the near detector 4 and the distant thermal neutron detector 5 and are detected by them.

Сигналы с ближнего детектора 4 и дальнего детектора 5 тепловых нейтронов поступают на вход электронных узлов скважинного устройства, где обрабатываются. Затем результаты измерений по кабелю передаются в наземную аппаратуру.The signals from the near detector 4 and the far detector 5 of thermal neutrons are fed to the input of the electronic components of the downhole device, where they are processed. Then the measurement results are transmitted by cable to the ground equipment.

С помощью наземной аппаратуры результаты измерений нейтронной пористости горной породы сравниваются с результатами калибровочных измерений и используются для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности.Using ground-based equipment, the results of measurements of rock neutron porosity are compared with the results of calibration measurements and are used to determine the nature of formation saturation (oil, water), their filtration-capacitive properties, and oil saturation coefficient.

Таким образом, заявленный технический результат: уменьшение погрешности измерения нейтронной пористости, достигается за счет применения в скважинном устройстве генератора 2,5 МэВ нейтронов, излучающего в горную породу нейтроны с энергией существенно ниже энергии нейтронов, излучаемых AmBe источником.Thus, the claimed technical result: reducing the error in measuring neutron porosity, is achieved through the use of a 2.5 MeV neutron generator in a downhole device that emits neutrons into the rock with energies significantly lower than the neutron energy emitted by the AmBe source.

Claims

A downhole device for measuring neutron porosity, comprising a cylindrical guard body, inside of which a fast neutron source, a protective shield, a near and far thermal neutron detector, and a distant thermal neutron detector are located at a greater distance from the fast neutron source than the nearest thermal detector neutrons, characterized in that a 2.5 MeV neutron generator is used as a source of fast neutrons, the distance between the 2.5 MeV neutron generator in and the near thermal neutron detector does not exceed 15 cm, and the distance between the 2.5 MeV neutron generator and the distant thermal neutron detector is at least 35 cm.