Formationsutvärdering neutronporositet
Inom området för formationsutvärdering är porositet en av nyckelmätningarna för att kvantifiera olje- och gasreserver . Neutronporositetsmätning använder en neutronkälla för att mäta väteindexet i en reservoar, vilket är direkt relaterat till porositeten. Väteindex (HI) för ett material definieras som förhållandet mellan koncentrationen av väteatomer per cm 3 i materialet och rent vatten vid 75 °F. Eftersom väteatomer finns i både vatten- och oljefyllda reservoarer, möjliggör mätning av mängden uppskattning av mängden vätskefylld porositet.
Fysik
Neutroner emitteras vanligtvis av en radioaktiv källa som Americium Beryllium (Am-Be) eller Plutonium Beryllium (Pu-Be), eller genereras av elektroniska neutrongeneratorer som minitron. Snabba neutroner emitteras av dessa källor med energiintervall från 4 MeV till 14 MeV, och oelastiskt med materia. När de har saktats ner till 2 MeV börjar de spridas elastiskt och sakta ner ytterligare tills neutronerna når en termisk energinivå på cirka 0,025 eV. När termiska neutroner sedan absorberas emitteras gammastrålar . En lämplig detektor, placerad på ett visst avstånd från källan, kan mäta antingen epitermisk neutronpopulation , termisk neutronpopulation eller gammastrålar som emitteras efter absorptionen.
Mekanik för elastiska kollisioner förutsäger att den maximala energiöverföringen sker under kollisioner av två partiklar med samma massa. Därför kommer en väteatom (H) att få en neutron att sakta ner mest, eftersom de är av ungefär lika stor massa. Eftersom väte är fundamentalt associerat med mängden vatten och/eller olja som finns i porutrymmet, är mätning av neutronpopulationen inom den undersökta volymen direkt kopplad till porositeten.
Korrektion
Bestämning av porositet är en av de viktigaste användningsområdena för neutronporositetslogg. Korrigeringsparametrar för litologi , borrhålsparametrar och andra är nödvändiga för noggrann porositetsbestämning enligt följande:
- Borrhålsstorlek
- Borrhålssalthalt
- Borrhålstemperatur och tryck
- Lerkårta
- Lera vikt
- Formationssalthalt
- Verktygsavstånd från borrhålsvägg
Tolkning
Med förbehåll för olika antaganden och korrigeringar kan värden på skenbar porositet härledas från vilken neutronlogg som helst. Man kan inte underskatta bromsningen av neutroner av andra grundämnen även om de är mindre effektiva. Vissa effekter, såsom litologi , lerhalt och mängd och typ av kolväten, kan endast identifieras och korrigeras om ytterligare porositetsinformation finns tillgänglig, till exempel från ljud- och/eller densitetslogg. All tolkning av en neutronlogg enbart bör göras med insikt om de osäkerheter som är involverade.
Effekt av lätta kolväten och gas
Neutronverktygets kvantitativa respons på gas eller lätt kolväte beror främst på väteindex och "utgrävningseffekt". Väteindexet kan uppskattas utifrån kolvätenas sammansättning och densitet
Givet en fast volym har gasen betydligt lägre vätekoncentration. När porutrymmen i berget grävs ut och ersätts med gas har formationen mindre neutron-bromsande karaktäristik, därav termerna "Utgrävningseffekt". Om denna effekt ignoreras kommer en neutronlogg att visa ett lågt porositetsvärde. Denna egenskap gör att en neutronporositetslogg kan användas med andra porositetsloggar (såsom en densitetslogg) för att detektera gaszoner och identifiera gas-vätskekontakter.
Mätteknik
Neutronverktyg är baserade på mätning av ett neutronmoln med olika energinivåer inom den undersökta volymen. Epitermiska neutronverktyg mäter epitermisk neutrondensitet med energinivåer mellan 100eV och 0,1eV i formationen. Termiska neutronverktyg mäter endast populationen av neutroner med en termisk energinivå, och neutrongammaverktyg mäter intensiteten av gammaflöde som genereras av termisk neutroninfångning. Verktygen har vanligtvis två detektorer (eller fler) med olika avstånd från källan för att producera förhållandet mellan räknehastigheter, vilket teoretiskt reducerar borrhålseffekter.
En helium-3 (He-3) fylld proportionell räknare är den vanligaste epitermiska och termiska neutrondetektorn. Helium har ett högt neutroninfångningstvärsnitt och ger följande reaktion när det interagerar med en neutron.
3 He + 1 n → 1 H + 3 H + 764 keV energi
För att öka laddningen som produceras av interaktionen mellan helium och en neutron, appliceras en hög spänning på räknarens anod. En hög driftspänning väljs för att ge tillräcklig förstärkning för räkneändamål. De flesta helium-3-räknare använder en släckgas för att stabilisera högspänningsprestanda och förhindra att den rinner iväg.
Se även
- John T. Dewan, "Open-Hole Nuclear Logging - State of the Art" - SPWLA Twenty-Seventh Annual Logging Symposium, 9–13 juni 1986.