Прибор радиоактивного и промыслового каротажа
Прибор радиоактивного и промыслового каротажа (ПРПК) относится к устройствам геофизических исследований (ГИС) нефтегазовых скважин. Состоит из двухсекционного фонаря с приборной головкой, в котором размещены датчики температуры, давления, притока/расхода и влагомера, защитного кожуха содержащего магнитный локатор муфт, детектор естественной гамма-активности, источник нейтронов, детекторы тепловых или надтепловых нейтронов малого и большого зондов, детектор гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, фильтры-экраны между источником и каждым из детекторов. Существенными отличиями ПРПК являются взаиморасположение узлов и элементов в фонаре и защитном кожухе, компоновка ПРПК в целом, а также размещение и исполнение фильтров-экранов. ПРПК расширяет функциональные возможности ГИС, повышает точность результатов интерпретации на основе единовременной регистрации измеряемых параметров радиоактивного и промыслового каротажа. 1 з.п.ф., 2 ил.
Полезная модель относится к области ядерно-физических и промысловых методов исследований скважин, выходящих из бурения, а также введенных в эксплуатацию при разработке нефтегазовых месторождений.
Основными задачами геофизических исследований скважин (ГИС) применительно к предлагаемому изобретению являются:
- в скважинах выходящих из бурения: литологическое расчленение геологического разреза, определение фильтрационно-емкостных свойств коллекторов (пористость, проницаемость, коэффициенты нефтенасыщения и газонасыщения), их исходного характера насыщения, положение газо- водо-нефтяных контактов в продуктивном пласте, привязка результатов исследований к геологическому разрезу и муфтам обсадной колонны, измерение естественной гамма активности горных пород и их физических параметров, например давление, температура;
- в добывающих скважинах, введенных в эксплуатацию: установление фактического/истинного интервала перфорации пласта, исходных эксплуатационных характеристик продуктивного пласта (давление, температура, дебит, профиль притока продукции, коэффициенты нефтенасыщения и газонасыщения, газовый фактор, обводненность, минерализация пластовой воды), контроль изменения этих характеристик пласта, его нефтегазонасыщенности, в процессе отбора продукции, включая контроль положения газонефтяного и водонефтяного контактов и изменение естественной радиоактивности горных пород в интервале пласта за счет радио-геохимического эффекта, выделение интервалов обводнения и межпластовых перетоков с целью оптимизации технологии и схемы разработки нефтегазовых месторождений.
Отметим, что весь выше перечисленный массив сведений, полученный и получаемый посредством ГИС, не является единожды установленной непреложной истиной и при надлежащей организации работ постоянно сопоставляется (проверяется, уточняется и корректируется) с данными, полученными параллельно лабораторными исследованиями шлама, керна и глубинных проб и с данными других видов исследования скважин.
Уровень техники ГИС, известный по доступным для изучения информационным ресурсам, преимущественно в научно-технической литературе, нормативно-технической и патентной документации, на сайтах геофизических научно-производственных организаций, характеризуется наличием целого ряда приборов [www.karotazhnik.ru] каротажа скважин, геофизические исследования которыми проводятся, во-первых, отдельно радиоактивными методами и методами промыслового каротажа; во-вторых, параметры и возможности приборов практически дублируются от одного к другому с незначительными вариациями, а перспективы их совершенствования обусловлены, в основном, возможностью применения все более совершенной электроники и элементной базы, что не решает главной задачи: расширение функциональных возможностей и, как следствие, повышение геофизической эффективности каротажа скважин, выходящих из бурения и введенных в эксплуатацию.
Основными узлами и элементами всех этих приборов являются, естественно, цилиндрический защитный кожух/корпус; приборная головка для подключения и соединения с геофизическим кабелем, подачи электропитания и считывания показаний наземной аппаратурой в процессе подъема по стволу скважины; источник нейтронного излучения (или излучения гамма-квантов); детекторы и регистраторы информационных параметров исследования; преобразователи; блок электроники; блок телеметрии (телесистема) и, как правило, экранирующие (фильтрующие) вставки между источником излучения и детекторами для исключения нежелательного влияния источника на детекторы и взаимовлияния последних друг на друга.
Наиболее характерными недостатками известных приборов являются функциональная ограниченность каждого и невозможность расширить ГИС простым агрегатированием нескольких приборов, для решения основных задач ГИС, так как у пользователя при этом возникает целый ряд неудобств, в том числе и в эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности является, принятый за прототип, прибор нейтронного каротажа скважин многозондовый [RU 46367 И1 27.06.2005], содержащий герметичный корпус, включающий источник нейтронов, установленный на съемном штоке, двухзондовый измерительный блок, состоящий из детекторов тепловых и надтепловых нейтронов, расположенных по разные стороны от источника нейтронов, фильтров из нейтронопоглощающего материала, расположенных между источником и детекторами, подключенными к электронному блоку, причем, один из детекторов измерительного зонда выполнен в виде однотипных детекторов, размещенных параллельно оси фильтра и прибора в кольцевой зоне, снабжен вторым зондовым измерительным блоком, состоящим из последовательно соединенных фильтров из нейтронопоглощающего материала и детекторов тепловых и надтепловых нейтронов, и переходником, соединяющим между собой двухзондовые измерительные блоки, помещенные в герметичные охранные кожухи, а в переходнике выполнена перпендикулярно оси прибора герметичная полость, в которую установлен съемный шток с источником нейтронов.
Недостатком известного прибора является то, что показания двухзондового измерительного блока, состоящего из детекторов тепловых и надтепловых нейтронов, расположенных по разные стороны от источника, зависят только от водородосодержания горных пород и времени жизни тепловых и надтепловых нейтронов в пласте, и не зависят от числа гамма-квантов радиационного захвата, образующихся при поглощении нейтронов, следовательно не могут характеризовать наличие в разрезе скважины элементов с повышенным сечением радиационного захвата, в частности хлора. Это обстоятельство ограничивает применение данного прибора для исследования газонасыщенных пластов и пластов нефтенасыщенных с высокой минерализацией подстилающих пластовых вод. Реализация этого прибора в варианте диаметра корпуса не более 43 мм для геофизических исследований эксплуатационных скважин, оборудованных лифтом из насосно-компрессорных труб диаметром 63 мм, крайне сложна из-за невозможности размещения существующих стандартных источников нейтронов в таком малом корпусе перпендикулярно оси прибора; к тому же известный Прибор не имеет узлов и элементов для промыслового каротажа, что не обеспечивает единовременных исследований в эксплуатационных скважинах с изменяющимися в процессе отбора продукции физическими полями и характеристиками пласта. Это обстоятельство является определяющим и его не соблюдение приводит к ошибкам результатов интерпретации и дополнительным затратам.
Требуемый технический результат от создания и использования заявленного объекта (иначе - цель создания полезной модели) заключается в обеспечении прибору более высоких потребительских свойств, а именно за счет введения дополнительных узлов и элементов, а также их наиболее рационального взаиморасположения в корпусе, расширить при прочих равных условиях, функциональные возможности ГИС и повысить точность результатов интерпретации, на основе использования данных единовременной регистрации всех измеряемых параметров.
Достижение требуемого технического результата обеспечено тем, что прибор, содержащий герметичный защитный кожух, фонарь с приборной головкой, магнитный локатор муфт, детектор естественной гамма-активности горных пород, источник нейтронного излучения в нижней части защитного кожуха, детекторы тепловых или надтепловых нейтронов, размещенные в кожухе над источником нейтронного излучения на штатном базовом удалении от него для образования разноразмерных, малого и большого, зондов, детектор для регистрации гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, фильтры-экраны, размещенные между источником нейтронного излучения и каждым из детекторов для защиты последних от прямого излучения и исключения искажения их показаний по причине взаимовлияния друг на друга, датчик температуры, датчик давления, датчик притока и датчик влагомера, блок электроники, двухсекционный фонарь с приборной головкой, а в нижней секции которого размещены, последовательно снизу вверх, датчики давления, притока и влагомера, а в верхней секции размещен датчик температуры, герметичный защитный кожух, в нижней части защитного кожуха последовательно друг за другом снизу в верх от источника размещены детекторы нейтронов малого и большого зондов, детектор гамма-квантов радиационного захвата нейтронов и, соответственно, фильтры-экраны, причем между источниками нейтронов и детектором нейтронов малого зонда экран выполнен из свинца, капролона и кадмия, экран между детекторами нейтронов выполнен из капролона и кадмия, а между детектором нейтронов большого зонда и детектором гамма-излучения радиационного захвата нейтронов экран выполнен из кадмия, причем сам детектор окружен цилиндрическим кадмиевым фильтром.
Дополнительным отличием прибора является то, что в защитном кожухе каждый из детекторов нейтронов малого и большого зондов снабжен охватывающим его цилиндрическим фильтром, выполненным из капролона и кадмия.
Сопоставительный анализ прибора радиоактивного и промыслового каротажа, как совокупности существенных признаков (в том числе и отличительных), с решениями, известными из нормативно-технической и патентной документации, позволяет утверждать, что объект соответствует критериям полезной модели, а именно критерию «новизна» и критерию «промышленная применимость».
На фигуре 1 графических материалов приведен (схематично) заявляемый прибор, на фигуре 2 приведен фрагмент реализации прибора при регистрации детекторами нейтронов надтепловой энергии.
Прибор радиоактивного и промыслового каротажа, как устройство, содержит (см. фигуру) герметичный запретный кожух 1, фонарь 2 с приборной головкой 3 и размещенные в них магнитный локатор 4 муфт, детектор 5 естественной гамма-активности горных пород, источник 6 нейтронного излучения, детекторы 7 и 8 для регистрации тепловых или надтепловых нейтронов, детектор 9 для регистрации гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, а также фильтры-экраны 10, 11 и 12. Фильтр-экран 10 размещен между источником 6 и детектором 7, которые образуют малый зонд; фильтр-экран 11 размещен между детектором 7 и детектором 8, который с источником 6 образует большой зонд, а между детектором 8 и детектором 9 размещен фильтр-экран 12, сам детектор помещен в цилиндрический кадмиевый фильтр 13. Кроме того прибор содержит датчик 14 температуры, датчик 15 давления, датчик 16 притока расхода, датчик 17 влагомера и блок 18 электроники для обработки и дальнейшей передачи (на наземную аппаратуру) информативных сигналов датчиков и детекторов. Фонарь 2 выполнен двухсекционным, в нижней секции 19 которого размещены датчики 15, 16 и1 7, а в верхней секции 20 размещен датчик 14 температуры. Нижняя секция 19 соединена с герметичным защитным кожухом 1, в котором последовательно снизу-вверх от источника 6 нейтронного излучения размещены, соответственно, фильтр-экран 10, детектор 7 малого зонда, фильтр-экран 11, детектор 8 большого зонда, фильтр-экран 12, детектор 9 гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, и фильтр 13, детектор 5 естественной гамма-активности горных пород на штатном удалении от источника нейтронов. Блок 18 электроники размещен частично над и под локатором 4 муфт. Для регистрации детекторами 7 и 8 надтепловых нейтронов они снабжены дополнительно цилиндрическими по форме фильтрами-экранами 21 (см. фигуру 2), выполненными из капролона и кадмия. Позицией 22 на фигуре 1 обозначен держатель источника 6 нейтронного излучения.
Прибор работает следующим образом.
Перед спуском в скважину источник нейтронов вставляют в держатель 22, который затем вкручивают в нижнюю часть защитного кожуха 1. Прибор, подвешенный на кабеле посредством кабельного наконечника (на фигуре не показан), подсоединенного к приборной головке, опускают в скважину в интервалы исследуемых пластов, при этом источник излучает нейтроны в окружающую прибор среду. При подъеме прибора производится запись каротажных диаграмм одновременно от всех детекторов и датчиков. При этом детекторы 7 и 8 нейтронов регистрируют плотность нейтронов тепловой или надтепловой энергии, поступающих из окружающей зонды среды, детектор 9 регистрирует гамма-кванты вторичного излучения, образующегося при поглощении нейтронов, причем разноудаленность детекторов от источника обеспечивает регистрацию нейтронов и гамма-квантов с разного удаления от оси скважины, датчики 14, 15, 16, 17 температуры, давления, притока, влагомера и регистрируют, соответственно, изменение температуры, давления, скорости потока и обводненности продукции. В интервале исследований, детектором 5 гамма-квантов производится регистрация естественной гамма-активности горных пород, а локатором 4 муфт - изменение магнитного поля в местах расположения муфт обсадных колонн и колонн НКТ и в интервале перфорации.
Предлагаемая конструкция реализована в приборе КСАТ-РК9.К.43-150/90 диаметром 43 мм, содержит каналы температуры, давления, притока, влагомера, детектора гамма-квантов естественной радиоактивности горных пород, локатора муфт, нейтронного гамма-каротажа и двухзондового (большой и малый зонд) нейтронного каротажа по тепловым нейтронам, опробована в скважинах и доказала свою эффективность.
Таким образом, заявленный прибор радиоактивного и промыслового каротажа соответствует критериям полезной модели, обеспечивает достижение требуемого технического результата и подлежит защите охранным документом согласно обращению заявителя.
1. Прибор радиоактивного и промыслового каротажа, содержащий герметичный защитный кожух, фонарь с приборной головкой, магнитный локатор муфт, детектор естественной гамма-активности горных пород, источник нейтронного излучения в нижней части защитного кожуха, детекторы тепловых или надтепловых нейтронов, размещенные в кожухе над источником нейтронного излучения на штатном базовом удалении от него для образования разноразмерных, малого и большого, зондов, детектор для регистрации гамма-квантов радиационного захвата нейтронов, фильтры-экраны, размещенные между источником нейтронного излучения и каждым из детекторов для защиты последних от прямого излучения и исключения искажения их показаний по причине взаимовлияния друг на друга, датчик температуры, датчик давления, датчик притока и датчик влагомера, блок электроники, отличающийся тем, что он содержит двухсекционный фонарь с приборной головкой, в нижней секции которого размещены последовательно снизу вверх датчики давления, притока и влагомера, а в верхней секции размещен датчик температуры, герметичный защитный кожух, в нижней части защитного кожуха последовательно друг за другом снизу вверх от источника размещены детекторы нейтронов малого и большого зондов, детектор гамма-квантов радиационного захвата нейтронов и, соответственно, фильтры-экраны, причем между источником нейтронов и детектором нейтронов малого зонда фильтр-экран выполнен из свинца, капролона и кадмия, фильтр-экран между детекторами нейтронов выполнен из капролона и кадмия, а между детектором нейтронов большого зонда и детектором гамма-излучения радиационного захвата нейтронов фильтр-экран выполнен из кадмия, причем сам детектор окружен цилиндрическим кадмиевым фильтром.
2. Прибор радиоактивного и промыслового каротажа по п.1, отличающийся тем, что в защитном кожухе каждый из детекторов нейтронов малого и большого зондов снабжен охватывающим его цилиндрическим фильтром, выполненным из капролона и кадмия.
