Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Система метрологического обеспечения измерений нейтронных параметров горных пород методом импульсного нейтронного каротажа

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Система метрологического обеспечения измерений нейтронных параметров горных пород методом импульсного нейтронного каротажа"

Ми ^ - о № Ю93

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ГЕОЛОГИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НЕДР

Всероссийский научно-исследовательский институт геологических, геофизических и геохимических систем ВНИИГЕОСИСТЕМ

На правах рукописи УДК 389.6:550.832.54

МЕЛЬЧУК БОРИС ЮРЬЕВИЧ

СИСТЕМА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НЕЙТРОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО НЕЙТРОННОГО КАРОТАЖА

Специальность 04.00.12 - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Авто рефе р е ра т диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена титуте геологических, систем).

- 2 -

во Всероссийском научно-исследовательском и геофизических и геохимических систем (ВНИИГ

Научный руководитель: доктор технических н<

Блюменцев А.

Официальные оппоненты: доктор технических на;

профессор Резванов Р. (Институт проблем нефти и гаг

кандидат физико-математических на> Юдин Е А. (ВНИИГеосисте

Ведущая организация: Государственная академия нефти и га

С г. Моске

Зашита диссертации состоится " 25" марта 1993г. в 14-00 час на заседании специализированного совета Д 071.10.01 при Всероссий ком научно-исследовательском институте геологических, геофизическ и геохимических систем, г.Москва, 113105, Варшавское шоссе, д. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИГеосиетем.

Автореферат разослан февраля 1993г.

Ученый секретарь ^

Специализированного совета ''// т ЕС. ЛеСеД'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Широкое применение импульсных нейтронных методов каротажа (ИНК) при поисках, разведке и контроле за разработкой нефтегазовых месторождений обусловило необходимость разработки методических, программно-алгоритмических и аппаратурных средств, обеспечивающих применение этих методов для достоверной оценки коэффициентов пористости и нефтегазонасыщенности пород. Разработка двух-зондовой скважинной аппаратуры для ИНК, позволяющей измерять пространственные и временные характеристики нейтронного поля, сделала возможным использование нейтронных параметров горных пород (НП) в качестве информационных параметров ИНК. Целесообразность перехода к использованию НП обусловлена тем, что они непосредственно связаны с компонентным составом и пористостью пород и в значительной степени "очищены" от влияния аппаратурных и геолого-технических факторов. Применение НП в качестве интерпретационных параметров обеспечивает адекватность величин, измеряемых в скважинах и в лабораторных условиях при ядерно-петрофизических исследованиях

Появление технических, технологических и программных возможностей создания информационно-измерительной системы ИНК для измерений нейтронных параметров пород предопределило необходимость и актуальность создания системы метрологического обеспечения (МО) этих измерений в целях достижения требуемой точности и единства измерений.

Актуальность работы обусловлена также отсутствием соответствующих средств метрологического и единого константного обеспечения на момент постановки работы.

Целью работы является обеспечение единства и правильности измерений нейтронных параметров горных пород методом импульсного нейтронного каротажа при поисках и разведке нефтегазовых месторождений.

Основные задачи работы:

1. Создание системы метрологического обеспечения для скважинных средств измерений нейтронных параметров методом ИНК.

2. Создание исходных образцовых мер и базовых поверочных установок, воспроизводящих значения Ш горных пород и обеспечивающих аттестацию, градуирование и поверку аппаратуры ИНК.

3. Создание константного и программного обеспечения для расчетов НП горных пород.

4. Построение математической модели погрешности измерения нейтронных параметров горных пород методом двухзондового импульсного нейтрон-нейтронного каротажа (2ИННК).

5. Аттестация методики выполнения измерений нейтронных параметров методом 2ИННК.

Методы исследований: Решение поставленных задач осуществлялось на основе теоретических и экспериментальных исследований и методических работ и включало разработку образцовых средств измерений, программных средств, нормативно-технической документации и аттестацию методики выполнения измерений. Выполнялось математическое и физического моделирование, результаты которых использовались при разработке моделей пластов и базовых поверочных устройств для аппаратуры ИНК. Создавались программные средства, включающие многогрупповые библиотеки нейтронных сечений, программу расчета нейтронных параметров, программы моделирования измерительных каналов ИННК и аттестации методик выполнения измерений применительно к персональным компьютерам типа IBM PC/AT. Разрабатывались нормативно-технические документы на ведомственную поверочную схему и методику поверки аппаратуры 2ИННК.

Научная новизна

1. Создана система метрологического обеспечения для скважинных средств измерений нейтронных параметров, включающая схему передачи единиц измерений НП, государственные стандартные образцы нейтронных характеристик горных пород, базовые поверочные установки, методику поверки аппаратуры 2ИННК.

2. Шлучены функции радиальной чувствительности метода 2ИННК в диапазоне зондовых расстояний до 100 см и временных задержек до 2000 мкс. Результаты расчетов использовались при проектировании и изготовлении насыщенных моделей пластов, применяемых в качестве эталонных образцовых мер НП горных пород.

3. Использование критерия "дифференциальной" насыщенности нестационарного поля тепловых нейтронов для выбора и аттестации специальной конструкции имитатора НП применительно к аппаратуре 2ИННК. Шд "дифференциальной" насыщенностью понимается соответствие асимптотической формы временного распределения поля тепловых нейтронов на зондах ИНК математической модели сигнала, принятой в обрабатывающая программе.

4. Построена математическая модель погрешности измерений НП методом 2ИННК, с использованием которой выполнена аттестация методики измерения НП. Разработан алгоритм оценки погрешности измерений НП методом 2ИННК применительно к конкретным геолого-техническим условиям.

Основные защищаемые положения:

1. Система метрологического обеспечения для скважинных средств измерений нейтронных параметров, включающая систему передачи единиц измерений НП, исходные образцовые и базовые поверочные средства измерений, позволяющие проводить градуирование, аттестацию и поверку

- б -

аппаратурно-методического комплекса 2ИННК в единицах НП и обеспечивающие единство и правильность измерений НП.

2. Методом математического моделирования рассчитаны функции радиальной чувствительности метода 2ИННК, позволяющие выбирать оптимальные параметры радиально насыщенных моделей пластов для метрологического обеспечения ИНК

3. На основе введенного автором понятия "дифференциальной" насыщенности нестационарного поля тепловых нейтроно:- создана компактная базовая поверочная установка, воспроизводящя значения нейтронных параметров в рабочем диапазоне их измерений.

4. Общая модель погрешности измерений НП методом 2ИННК, в рамках которой исследовано влияние погрешностей средств метрологического обеспечения, константного обеспечения и геолого-технических факторов на точность измерений НП. Модель включает частную имитационную модель погрешности измерительного канала ИННК, позволяющую исследовать при аттестации ЫВИ 2ИКНК совместное влияние случайных факторов на показания аппаратуры .

Практическая ценность и реализация работы.

- Созданные в процессе выполнения работ по теме диссертации образцовые средства измерений (модели пластов и поверочные установки) и методика поверки позволяют исследовать и контролировать метрологические характеристики аппаратуры ИНК на стадии ее разработки, испытаний, аттестации I. поверки.

- Разработанная автором система константного обеспечения, вклк>-чаюпэя многогрупповые библиотеки нейтронных сечений и программу расчета НП "НЕРПА", является фактически стандартным обеспечением ядерно-геофизических расчетов и используется в организациях отрасли.

- Выполненная аттестация МЕИ 2ИННК и разработанный программ-

но-алгоритмический комплекс позволяет анализировать парциальные составляющие погрешностей изшрений Ш в конкретных геолого-технических условиях и оценивать достоверность полученных результатов.

Разработанная система метрологического обеспечения ИНК (ведомственная поверочная схема, комплект государственных стандартных раз-цов нейтронных параметров ГСО-НХ, базовые поверочные установки, методика поверки аппаратуры ИННК) были использованы при проведении приемочных испытаний и построении основных градуировочных зависимостей для аппаратуры ИНК-7, ИНК-9, ИНК-9-1, ИГН-38. Разработанные с участием автора многогрупповые библиотека нейтронных сечений Б-2, N10-35 используется при проведении теоретических ядерно-геофизических расчетов в ГАНГ, ВНИГИК, ВНИИГИС, Башгосуниверситете, ВНИИГео-систем. Универсальная программа для расчетов нейтронных параметров минералов, пород и руд НЕРПА и результаты расчетов параметров внедрены в ГАНГ, ВНИИГИС, а также использовались в работах Кожевникова Л А., Баренбаума А. А., Шшэвского Г. А. и научно-технических отчетах ВНИИГеосистем, ЫИНГ и МАГАТЭ для решения различных геофизических задач.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Ш-ем и 1У-м Бсесохвных совещаниях по метрологии нейтронного излучения на реакторах и ускорителях (Иэсква, 1983г., 1985г.), Всесоюзном совещании "Состояние и перспективы развития скважинной ядерной геофизики" (Москва, 1984г.), Научно-практических конференциях "Метрология и метрологическое обеспечение измерений параметров объектов нефтепромысловой геофизики" (Уфа, 1986г.), "Метрологическое обеспечение про-мыслово-геофизических работ" (.Уфа, 1989г.), Всесоюзной научно-теоретической. конференции "Проблемы и перспективы ядерно-геофизических методов в изучении разрезов скважин" (Обнинск, 1989г.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 10 статьях, 1С научно-исследовательских отчетах ЕНИИЯГГ, ЕНИИГеоинформсистем, МИНГ, МАГАТЭ; "изложены в утвержденных нормативно-технических документа! (методических инструкциях и руководящих документах).

Обьем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, списка литературы, содержит 110 страниц текста, 2С рисунков и 24. таблицы.

Личный вклад автора В основу работы положены результаты научно-исследовательских работ, выполненных при активном участии автора во ВНИИГеосистем (ранее БНИИЯГГ), начиная с 197бгода Автор лично принимал участие в разработке и аттестации государственных стандартных образцов ГСО-НХ, проведении экспериментальных исследований метрологических характеристик аппаратур» ИНК-7 и ИНК-9 проектировании конструкции, обработке результатов измерений и аттестации базовой поверочной установки БПУ-ИНК, в создании многогрупповых библиотек нейтронных сечений Б-2 и 1ШЗ-35, программы "НЕРПА", проведении аттестации МВД 2ИННК, организации и обработке результатов Мэнте-Кар-ловских расчетов оптимальных размеров ГСО-НХ

Диссертационная работа выполнена под научным руководством д. т. н. А. м. Блюменцева, которому автор выражает глубокую благодарность. Особую благодарность автор выражает Е Г. Цейтлину, А. С. Икольникову, А. Г. Амурскому, Д. А. Кожевникову, Б. Е. Духминскому, Е А. Велижанину за постоянное внимание и сотрудничество. Автор признателен И. А. Мартьянову, С. А. Кантору, А. Л. Шляченко, А. А. Старцеву, А. А. Дылюку за поддержку и плодотворную помощь.

- 9 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Рассмотрены вопросы применения нейтронных параметров в рактике ядерно-геофизических исследований. Приведена классификация адач, решаемых с применением НП, приведены типовые требования к очности измерения НИ На основе обзора состояния метрологического и пнстантного обеспечения измерений НП сформулированы задачи диссер-ационной работы и выбраны методы их решения.

Применительно к поискам и разведке нефтегазовых месторождений [ейтронные параметры (НП) пород могут быть использованы для решения галуколичественных (классификационных) и количественных задач, таких [апример, как:

- литологическое расчленение разреза и поиск коллекторов нефти и газа;

- оценка пористости коллекторов и характера насыщения;

- определение положения водонефгяных и газонефтяных контактов;

- определение коэффициентов текущей и остаточной нефтенасыщен-ности.

Применение НП для решения указанных задач обуславливает предъяв-пение определенных требований к точности и единству их измерения, ■гго в своп очередь предполагает наличие соответствующего метрологического обеспечения. В проблеме использования ИТ особое место занижает константное обеспечение. Это объясняется тем, что ядерно-физические константы (многогрупповые нейтронные и гамма-сечения, а также значения нейтронных параметров) используются при решении прямых задач нейтронного каротажа, при аттестации исходных образцовых мер нейтронных параметров, при построении интерпретационных зависимостей и ядерно-петрофизических моделей.

В рамках диссертационной работы рассматриваются следующие нейт-

ронные параметры (НП) : макросечение поглощения и коэффициент диффузии D тепловых нейтронов. .Выбор этих параАютров обусловлен практическими возможностями измерений атих параметров существуювдши двухзоидовыми измерительными системами ИНК (2НННК).

Исследования возможностей применения НП были начаты практически одновременно с развитием теоретического аппарата и созданием аппаратуры ИНК и связаны с именами EL С. йшелевича, Д. Ф. Беспалова, А. С. Шгальникова, С. А. Кантора, A.JL ГЬлячекка, Д. А. Кожевникова и др. Наиболее полно эти вопросы были рассмотрены в работах "Физические основы импульсных нейтронных методов исследования скважин" (1976). "Нейтронные характеристики горных пород и их использование в нефте-газопромысловой геологии" (1982), "Теория нейтронных методов исследования" (1985). Однако практическое применение НП носило ограниченный характер из-за несовершенства используемой скважинной аппаратура, связанного, прежде всего, с ее однозондовостью, низкой частотой запуска генератора 14 ЫэВ нейтронов, низким выходом излучателя, отсутствием монитора. Это приводило к низкой помехоустойчивости, недостаточной статистической точности и производительности метода ИНК и не позволяло измерять НП с необходимой точностью. За рубежом нейтронные параметры широко используются при построении ядерно-петрофи-зических моделей коллектора и при интерпретации данных ИНК (в основном в модификации 2ИНГК с высокочастотной трубкой и при выходе излу-g

чателя 10 н/с). В США создание моделей пластов, специально для аппаратуры ИНК было запроектировано в 1985г. После выпуска в нашей стране серийной двухзондовой аппаратуры ИНК-7, ИНК-9 (далее используется аббревиатура 2ИННК) появилась практическая возможность определения НП по данным ИНК и их использования для решения классификационных задач или количественной интерпретации, чем и вызвана необходимость создания системы метрологического обеспечения ИНК, в том

числе исследования точностных характеристик аппаратуры и программно-алгоритмического обеспечения.

Фактическая ситуация в области МО • ИНК является следующей. На стадии выпуска аппаратуры ИНК традиционно предъявляются требования к параметрам аппаратуры и к точности измерения плотности потока тепловых нейтронов; вместе с тем отсутствуют требования к точности измерения НИ Система МО ИНК при выпуске аппаратуры реализована достаточно полно и базируется на Государственном эталоне плотности потока тепловых нейтронов и стационарных образцовых поверочных установках типа УКПН-1М. Стадия эксплуатации аппаратуры ИНК характеризуется практически полным отсутствием образцовых средств, а также введением дополнительных метрологических требований, в том числе требований к точности измерений НП, которые должны базироваться на требованиях и условиях репения конкретной геологической (геофизической) задачи и могут существенно различаться в различных геолого-технических ситуациях.

Для определения типовых требований к точности измерения НП рассмотрена ядерно-физическая модель водонефтенасыщенного коллектора, основанная на данных о нейтронных параметрах компонентов (макросечения поглощения и коэффициента диффузии тепловых нейтронов), следующего вида:

И пл - (1-Кл) • Щ ск + Кп КнЕн + Кп (1-Кн) Шв 1/Эпл - (1-Кп>*1/0ск + Кп*Кн*1/Фн + Кп(1-Кн)*1/Т)в

Из приведенных соотношений видно, что при определении коэффициента пористости или коэффициента нефгенасьщенности в зависимости от принятой методики (однократные или разновременные замеры, методика с

Спорный пластом и т. д.) и решаемых задач, измеряются либо абсолютные значения НП, либо изменения их значений. В первом случае необходима оценка истинных значений НП пласта и данных о НП компонентов пласта, в то время как во втором случае достаточным является использование геофизических значений НП.

Требования к точности измерения НП формулируются исходя из решаемой геологической задачи и принятой методики измерений. Так например. для определения Кп при малых его значениях 5-10 2 с погрешностью не более 2 2 абс. необходимо измерять Б с точностью не хуже 8-10 X отн. При высоких пористостях Кп-20-25 X (погрешность Кп < 22 абс.) О необходимо измерять с погрешностью не хуже 5-62 абс.

Цри определении Кн по данным однократных замеров можно сформулировать следующие требования в зависимости от величины Кн, Кп и минерализации пластового флюида:

при минерализации пластового флюида 200г/л, Кп -102 и точности определения Кп IX абс. для определения Кн в диапазоне 0.6-0.8 с погрешностью не более 5-122 отн. необходимо измерять макросечение поглощения с точностью не хуже 2-72 отн.; для аналогичных условий при Кп- 252 необходимо измерять макросечение поглощения с точностью не хуже 6-122 отн.

Создание системы Ж измерений НП применительно к аппаратуре ИНК предусматривало проведение следующих работ.

Для решения задач испытаний аппаратуры ИНК, ее градуирования и аттестации, необходимо было создать соответствующие исходные образцовые меры. В связи с повышенной глубинностью методов ИНК (по сравнению со стационарными методами НЮ следовало определить параметры "насыщенных" моделей пластов. "Ввиду ограничений на физическое моделирование подобных задач оптимальные размеры эталонных моделей пластов оценивались на основе анализа опубликованных данных и математи-

ческого моделирования задачи методом Монте-Карло. Аттестация моделей по значениям НП предусматривала оценку всех составляющих погрешности их аттестации,в том числе погрешностей ядерных данных (ЯД), алгоритмов и программ расчета НИ Создание константного обеспечения и комплекса программ для расчета НП было обусловлено необходимостью расчета НП по данным о компонентном составе.

Для создания системы метрологического обеспечения аппаратуры ИНК на стадии ее эксплуатации нужно было обосновать выбор необходимых метрологических характеристик, разработать методику поверки аппаратуры ИНК и создать требуемые для этого технические средства, обеспечивающие поверку в рабочем диапазоне измерений Ж Для решения данных задач были выбраны в основной экспериментальные методы исследований.

Для целей метрологической аттестации методики выполнения измерений (МНИ) было выполнено построение математической модели погрешности МВИ,исходя из структуры информационно-измерительной системы 2ИННК и определение ее параметров и функций влияния на основе математической модели измерительного канала ИННК.

Таким образом для достижения поставленной перед работой цели был выбран комплексный подход, сочетающий теоретические (математическое моделирование) и экспериментальные (физическое моделирование) исследования.

Глава В первой главе на основе анализа информационно- измерительной системы 2ИННК построена модель погрешности измерений НП и определена структура системы метрологического обеспечения. Разработана ведомственная поверочная схема для скважинных средств измерений НП горных пород.

Информационно-измерительная система 2ИННК является распределен-

ной системой, каждая из компонентов которой вносит свою составляющую погрешности. В работе рассмотрены структура ИИС 2ИННК, включающая:

- блок лзлучателя быстрых нейтронов;

- пространственную систему "скважина - прибор - пласт", характеризуемую номинальными значениями геометрических размеров зон и компонентным составом (геолого-техническими факторами), а также погрешностями их значений;

- измерительные каналы (ИК) аппаратуры, имевшие следующие характеристики: зондовые расстояния и протяженности детекторов, эффективности и относительные чувствительности детекторов, характеристики мертвого времени ИК (включая детектор, кабель, наземная регистрирующая панель);

- блок временных анализаторов и регистрации;

- программно-алгоритмическое обеспечение; - - метрологическое обеспечение.

На основе анализа ИИС 2ИННК построена математическая модель общей погрешности измерений НП, которая включает парциальные составляющие, обязанные вариации следующих факторов: нестабильность излучателя, изменение номинального диаметра скважины, толщины цементного кольца и солености бурового раствора, статистическая точность измерений, погрешность определения параметров мертвого времени ИК и относительной чувствительности детекторов, погрешность программно-алгоритмического обеспечения, погрешность средств метрологического обеспечения.

В рамках диссертации была разработана и исследована система МО, ориентированная на метрологическое обеспечение процесса измерения НП и определены ее ключевые элементы. Система Ш измерений НП методом ИНК представляет собой комплекс нормативно-технических документов и технических средств метрологического обеспечения, включающий ведоме-

твенную поверочную схему (ВПС) для скважинных средств измерений нейтронных параметров и О, исходные образцовые средства измерений - стандартные образцы; воспроизводящие значения НП, базовые поверочные установки - имитаторы Ш1 и методику поверки аппаратуры ИНК.

Поверочная схема определяет общую структуру системы МО ИНК, состав исходных и образцовых средств измерений, основные требования к точности исходных образцовых, образцовый и рабочих средств измерений НП, к отдельным компонентам погрешностей, а так» устанавливает порядок передачи единиц НП. Особенностями БПЗ является то, что она базируется на специально созданных исходных образцовых мерах НП, которые воспроизводят значения НП в диапазоне характерном для разрезов нефтегазовых скважин. 2_» а - (7.4 - 22.2)-10 1/см, й-(0.38-

- 2.5)-10У см2/с с пределами допускаемой погрешности КИа-а.О-

- 6.0) % и 5Ъ - (1.0-2.5)% отн. В схеме отдельно представлены систематические составляющие погрешности аттестации ГСО, обязанные погрешностям ядерных даннных (нейтронных сечений) в связи с их Преобладающим вкладом в суммарную погрешность аттестации. Знание систематических погрешностей ЯД позволяет исключить эту компоненту погрешности при некоторых видах исследований методом ИНК, при которых фиксируется только относительные изменения значений НП.

Наличие такой систематики обусловило минимальное количество разрядов поверочной схемы и минимальные соотношения погрешностей в соседних разрядах (1:1.1 - 1:1.5), что предъявляет достаточно жесткие требования к статистической точности измерений при передаче единиц значений НП (1-1.5 7. отн.).

Глава В главе приводится описание системы константного обеспечения Я№-расчетов, программы расчета НП, а также базы данных "Нейтронные константы".

Задачами создания константного обеспечения ЯГФ-расчетов бы. стандартизация ЯД, используемых различными авторами для обеспечен] возможности сравнения алгоритмов, программ и результатов ЯГФ-расч< тов. С этой целью с участием автора были созданы библиотеки много] рупповых нейтронных констант Б-2 (1979г.) и NGL-35 (1985 г.). Ш< ледняя является в настоящее время стандартом и используется в Moi те-Карловских расчетах ЕНИГИК, ГАНГ, БашГосуниверситета, Уфимско] авиационного института, БНШгеосистем. Для генерации библиотек мн< гогрупповых констант был разработан программный комплекс "КАРЛС01 (совместно со Стариковым ЕЕ и др.), базирующийся на исходных тс чечных файлах ядерных данных типа ENDF/B-IV. Оценено влияние norpei ностей групповых сечений на точность значений нейтронных параметро] 53 а и D.

Для изучения влияния различных факторов на точность аттестат ГСО-НХ и исследования влияния многокомпонентного состава пород i значения НП была разработана универсальная программа "НЕРПА". В р< боте приведено описание программы и результаты расчетов НП для ос новных литотипов и реальных составов пород. Показано, что результат расчетов НП по данным опробования могут быть использованы для выбо] основных интерпретационных зависимостей нейтронных методов. Выпо< ненные автором расчеты нейтронных параметров были использованы мне гими исследователями при решении ряда задач нефтегазовой и рудне геофизики. Система константного обеспечения включает базу данных < значениями НП для более чем 300 минералов, многогрупповые библиоте! нейтронных сечений и комплекс программ для расчета НП Система обес печивает накопление в базе данных результатов расчетов НП

Глава В главе рассмотрены результаты теоретических . исследован] по выбору оптимальных параметров исходных мер НП, результаты экеш

^ментальных исследований и аттестации государственных стандартных образцов ГСО-НХ.

Большая глубинность исследований при ИНК потребовала создания моделей пластов специальной конструкции и оптимизации их размеров. Для оценки глубинности метода ИНК и обоснования требований к эталонным моделям были выполнены расчеты показаний ИННК для различных зондов методом Монте-Карло (совместно с Велижаниным В. А.). Результаты сравнивались с оценками других авторов (Кантор С, А., Школьников А. С.), полученными в двухгрупповом диффузионном приближении. Полученные по результатам расчетов методом Мэнте-Карло оптимальные размеры моделей пластов имеют меньшие значения по сравнению с результатами ранее выполненных расчетов.

Оценка аттестуемых характеристик ГСО-НХ и погрешностей их аттестации проводилась с учетом таких парциальных составлявших как неоднородность материала ГСО, погрешность анализов микропримесей веществ - аномальных поглотителей тепловых нейтронов, погрешность ядерных данных, погрешность образцовых средств измерений.

По результатам измерений В ГСО-НХ построены основные градуиро-вочные зависимости метода 2ИННК, т.е. зависимости измеряемых значений временных декрементов убывания плотности потока тепловых нейтронов, макросечения поглощения и коэффициента диффузии тепловых нейтронов от пористости пластов и от аттестованных значений НП моделей пластов.

•

Глава В главе приведены результаты экспериментальных исследований по созданию базовых поверочных установок для аппаратуры 2ИННК. Для исследования и контроля метрологических характеристик двухзондовых установок 2ИННК типа ИНК-7(9) была разработана базовая поверочная установка, обеспечивающая определение метрологических характеристик

СМХ) аппаратуры ИНК, таких как величина "условной единицы", параметры мертвого времени измерительных каналов ИННК, относительная чувствительность детекторов двухзондовых систем и основных метрологических характеристик информационно-измерительной системы 2ИННК - погрешностей измерений временных декрементов на первом и втором зонде, параметра (отношения скоростей счета в широких интегральных окнах на двух зондах), Кп и нейтронных параметров Е а и В. Разработанная с участием автора методика пбверки аппаратуры ИННК вошла в Методическое руководство для аппаратуры ИНК-7 и ИНК-9. Однако, применяемая для этих целей поверочная установка, воспроизводит значения контролируемых параметров, лежащих вне рабочего диапазона их значений.

В этой связи автором (совместно с Цейтлиным ЕГ.) была предложена, разработана и исследована базовая поверочная установка - имитатор среды с промежуточными значениями НП, находящимися в рабочем диапазоне измерений. Для выбора параметров имитатора была проведена серия экспериментальных исследований с различными макетами установки. Анализ результатов измерений и обработки экспериментов выполнялся на основе введенного автором критерия "дифференциальной" насыщенности нестационарной плотности потока тепловых нейтронов в неоднородной системе "прибор-имитатор-водная среда". В различных геометриях измерений форма временных распределений потоков тепловых нейтронов на зондах 2ИННК имело существенно искаженный вид, что не позволяло говорить о физическом существовании временных асимптотических интервалов и соответственно препятствовало аттестации установки по эффективным значениям Ж Выбранная конструкция установки обеспечила условие "дифференциальной" насыщенности, т. е наличие экспоненциально асимптотических участков на временных распределениях и позволило при малых размерах имитатора (диаметр 220 мм, высота 1.5 м) и простом

ехническом решении получить промежуточные значения НП и Кп. • Досто-[нствами данного имитатора является то, что воспроизводимые им эффективные значения параметров в поддиапазонах Кп- 10-20 %, На =

-3 $

12-18)-10 1/см и 0-(1. 0-1.8)*10 см2/е, что соответствует рабоче-

!у диапазону аппаратуры ИНК. Имитатор обеспечивает также более высокую статистическую точность и оперативность измерений.

'лава В главе рассмотрены вопросы аттестации методики выполнения гамерений (МЕИ) 2ИННК. Описана имитационная модель измерительного санапа ИННК и представлены результаты исследования влияния статисти-геских погрешностей и ошибок определения параметров мертвого времени 1-го и П-го типов на точность измерений методом 2ИННК.

Приводятся результаты аттестации МВИ 2ИННК. Аттестация МВИ вклю-шла анализ влияющих факторов, выбор диапазонов их изменения и вариаций их значений, планирование вычислительного эксперимента, выбор и эценку точности эталонной информации, проведение аттестационного выделительного эксперимента и анализ его результатов.

В качестве примера, иллюстрирующего применение разработанной системы метрологического и константного обеспечения, а также подход * аттестации МВИ, автор использовал МВИ 2ИННК с аппаратурой ИНК-7. Использованный при аттестации программный комплекс для обработки данных ИНК-7 обеспечивает получение на выходе следующих параметров: цекрементов затухания потока тепловых нейтронов, отношения интегральных скоростей счета на двух зондах, отношения интегральных скоростей счета на двух зондах, нейтронных параметров Еа и 0, и водо-родосодержания пласта.

Аттестация МВИ 2ИННК осуществлялась с использованием методов статистического моделирования и аналитических методов. В качестве выходных параметров МВИ 2ИННК были приняты параметры декрементов на

первом и втором зондах и параметры Кп, Па и 0. Такой подход обусловлен тем, что существует класс задач ИНК при которых информационными параметрами являются именно декременты, выступающие в данном случае как "геофизические" значения нейтронного параметра 2 а.

Эталонная информация, использованная при аттестации МЕИ 2ИННК была представлена набором "идеальных" экспоненциальных распределений плотности потока тепловых нейтронов по времени, рандомизированных временных распределений, экспериментальными временными распределениями и зависимостями, полученными при измерениях на моделях пластов. Результаты аттестации позволили оценить парциальный вклад вариаций факторов и функции влияния факторов. Установлено дифференцированное влияние факторов на 2 а и 0.

На основе результатов аттестации оценены парциальные вклады в погрешность измерений НП от влиящих факторов и величина обшей погрешности измерений НЕ Предложены алгоритмы, позволяющие оперативно оценивать значения погрешности применительно к конкретным геолого-техническим условиям.

Заключение. В итоге теоретических и экспериментальных исследований и методических работ создана система метрологического обеспечения измерений нейтронных параметров горных пород методом ИНК, охватывающая этапы градуирования и аттестации аппаратуры ИНК в качестве средства измерений НП, поверки аппаратуры в единицах НП, оценки точности измерений НП по результатам скважинных измерений в рамках применяемой МНИ ИНК, и тем самым обеспечивающая единство и правильность измерений НП.

В итоге выполненной работы получены следующие результаты:

1. Разработана система метрологического обеспечения сквалинных средств измерений НП методом ИНК, включающая: ведомственную повероч-

ная схему, государственные стандартные образцы, базовые поверочные установки и методику поверки аппаратуры ИНК.

2. Создано программное обеспечение для расчета нейтронных параметров горных пород, включающее базу данных "Нейтронные параметры", многогрупповые библиотеки нейтронных констант для ЯГФ-расчетов, а также универсальную программу расчета нейтронных параметров "НЕРПА".

3. Выполнено теоретическое обоснование оптимальных размеров, разработаны и аттестованы в качестве ГСО-НХ исходные образцовые меры НП в виде моделей эталонных пластов для № аппаратуры ИНК.

4. Выполнено иследование' и разработана "дифференциально" насыщенная базовая поверочная установка БПУ-ИНК для аппаратуры 2ИННК.

5. Выполнена аттестация МВИ 2ИННК для аппаратуры ИНК-7. Разработана математическая модель общей погрешности измерений НП методом 2ИИНК, позволяющая проводить оценки погрешностей измерений применительно к конкретным условиям нефтегазовых скважин.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Многогрупповая библиотека ядерных констант для ядерно-геофизических расчетов (Б-2).- М. ВНИИЯГГ, 1976г. (соавторы А. Л Влюмен-цев, Е Е. Лухминский, И.В.Панов).

2. Нейтронные параметры горных пород. - В сб. "Математическое моделирование в ядерной физике". Материалы 8-го Всесоюзного рабочего совещания. Из-во БФАН СССР, Уфа 1979г,с.1-2б (соавторы: И. К Панов., Б. Е. Лухминский, В. Е Евдокимова, К. К. Яушвв )

3. Анизотропия упругого рассеяния в библиотеке Авзянов а С., Б-2. - (там же), с. 151-156. (соавторы Л. Ф. Ломакина, К. К Яутев).

4. Система информационного обеспечения Монте-Карловских моделей КАРЛСОН. - В сб. "Методы Монте1Карло в вычислительной матем. и матем.

физике". Труды 6-го Всесоюзного Совев^ния. Новосибирск, 1979г., т.] 1 соавторы: Б. Е. Лухминский, Е а Стариков, В. П. Корочкина).

5. Применение СО состава в качестве носителей стандартных значений нейтронных и гамма-параметров природных сред. - Материалы Ш-гс Всесоюзного совещания по метрологии нейтронных измерений на реакторах и ускорителях, т. 1 М., 1983г. , с. 93-98. (Соавтор А. М. Блюменцев ).

6. Метрологическое обеспечение средств измерений нейтронных характеристик горных пород. - В сб."Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин". М. , ВНИИЯГГ, 1983г., с. 81-83.

7. Состояние и перспективы обеспечения методов РК стандартизованными ядерными данными и параметрами. - Тезисы докладов Всесоюзного Совещания "Состояние и перспективы развития екважинной ядерной геофизики". М. , 24-27 января 1984г.,с. 7 (соавторы Б. К. Куравлев, К Н. Стариков).

.8. Состояние и задачи развития ядерной петрофизики. -(там же), -с. 4 (соавторы В И. Гума, С. А. Кантор, ЕВ. Миллер, Л Г. Пэтросян, Д А. Кожевников).

9. О возможности использования группирования горных пород при определении пористости нейтронными методами. - Экспресс-информация ВНИИОЭНГ. серия Нефтегазовая геология и геофизика 1985г. N1, с. 2-5. (соавтор Д. А. Кожевников).

10. Стандартные образцы состава и свойств горных пород для метрологического обеспечения геофизических исследований скважин. - Обзор ВИЭМС, 1985г. 6 с. 20. (соавтор А. М. Блюменцев).

11. Ведомственная поверочная схема для скважинных средств измерений нейтронных характеристик горных пород. - Тезисы докладов на I У-ом Всесоюзном совещании по Штрологии нейтронного излучения на ускорителях и реакторах. М., 1985г. (соавтор А. М. Блюменцев).

12. Многогрупповая библиотека нейтронных констант для ядерно-гео

физических расчетов NLG-35. - Препринт M., ВНИИГеоинформсистем, 1987. (соавторы А. И. Блюменцев, R К Стариков).

13. Метрологическое обеспечение измерений ядерно-петрофизических параметров горных пород в скважинах и на образцах - Тезисы докладов научно-практической конференции "Метрология и метрологическое обеспечение измерений параметров объектов нефтепромысловой геофизики1, Уфа, 1986г. (с.27-28).

4. Ведомственная поверочная схема для скважинных средств измерений нейтронных характеристик горных пород. - Тезисы докладов второй НЛК "Метрологическое обеспечение промыслово-геофизических работ", Уфа 1989г. (соавтор А. М. Еяшенцев).

15. Метрологическое обеспечение аппаратуры импульсного нейтронного каротажа ИНК-7. - Тезисы докладов второй НПК "Метрологическое обеспечение промыслово-геофизических работ". Уфа 1989г. (соавторы А. Г. Амурский, А. А. Дылюк, В. Г. Цейтлин).

16. Исследование метрологических характеристик информационно-измерительной системы аппаратуры импульсного нейтронного каротажа. -В сб "Петрофизическое и метрологическое обеспечение ядерно-геофизических, геоакустических и геохимических исследований". М., ВНИИГеоинформсистем, 1989г., с.44-53. (соавторы А.Г. Амурский, А.С. Школьников В. Г. Цейтлин).

1?. Ведомственная поверочная сх^ма для скважинных средств измерений нейтронных параметров горных пород ... а и D. - Руководящий документ РД 41-06-117-90, М., 1990г. (соавторы А. М.Блюменцев, А. С. Шюль-ников).

18. Progress Report No. 4201 /CF presented to IAEA Expert's Research Coordination Meeting (November 1987, Ottawa, Ontario, Canada), 283 pp. (соавторы Д. А. Кожевников, Б. К. Дуравлев, Ф. X Еникее-ва, В.ЛШагин, В. А. Велижанин).

19. Progress Report No.4201/R2/CF presented to IAEA Expert's Research Coordination Meeting (October 1989, Bejlng, China), 78pp. (соавторы Д. А. Кожевников, Ф. X Еникеева, И. А. Козачок и др.).

20. A calibration system for pulsed neutron logging.- Nuclear Geophysics, V.6, No.l, pp. 45-48, Pergairon Press (1992). (соавторы A.M. Блюменцев, a H. Дыдичкин, А.А.Дылюк, А. А. Старинский, В. Г. Цейтлин, А. С. Школьников).

Подписано в печать 18.02.93. Заказ 16. Тираж 100 экз.

113105, Мэсква, Варшавское ш., 8. ВНЙИГеосистем